Biotecnología argentina
para incrementar la sostenibilidad
del manejo fitosanitario en el mundo*
Dr. Ing. Agr. Atilio Pedro Castagnaro
Profesor de la Universidad Nacional de Tucumán.
Investigador de la EEAOC y del Conicet.
Director del CCT Conicet NOA Sur. |
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Esta nota desarrolla un trabajo agronómico de 25 años, que va desde la producción del conocimiento científico hasta el desarrollo tecnológico para obtener, desarrollar y producir dos principios activos de origen biológico, desde Argentina al mundo. Señala la importancia
de la ciencia como base para la solución de problemas
de la sociedad, con un abordaje interdisciplinar
y la imprescindible confluencia interinstitucional
pública y privada.
Los bioinsumos son productos biológicos para el agro que tienen como ingrediente activo (o principio activo) a una o varias moléculas de origen natural (microbiano, animal o vegetal) y/ o a microorganismos vivos. A diferencia de los insumos o agroquímicos convencionales, los bioinsumos son productos cuyos activos no provienen de la síntesis química y por ese motivo, se biodegradan con mucha más facilidad que los agroquímicos sintéticos, lo cual hace que su impacto ambiental negativo sea mucho menor. Además, al no tener un origen fósil, es decir petroquímico, son productos cuya fabricación no es extractiva y en ese sentido, pueden considerarse renovables.
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| Ensayos de infección en soja |
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Si bien las aplicaciones agroindustriales de los bioinsumos son muy diversas y potencialmente pueden reemplazar la gran mayoría de los químicos sintéticos que se usan en producción vegetal, animal y en otras industrias derivadas, su utilización empezó en nutrición vegetal con los biofertilizantes (para reducir el uso de urea y para movilizar o hacer accesible la incorporación de micro nutrientes) y evolucionó rápidamente hacia el desarrollo de productos bioestimulantes que promueven el crecimiento y estimulan la defensa de los cultivos frente a estrés abiótico (sequía, salinidad, anegamiento, frio, etc.), y por ende, la producción de biomasa y el rendimiento agrícola.
Paralelamente a los bioestimulantes, se han desarrollado productos para el manejo fitosanitario, biocontroladores, cuyos activos pueden ser moléculas puras, mezclas, extractos de plantas o insectos, aislamientos microbianos y consorcios. Estos productos pueden actuar a través de sus propiedades biocidas como curativos, o mediante la inducción de la respuesta defensiva innata de las plantas y, por lo tanto, previniendo el estrés biótico causado por patógenos e insectos. Con este último tipo de biocontroladores se reduce la posibilidad de selección (“aparición”) de resistencia en el organismo nocivo.
Derivando nuevas tecnologías del
aumento en el conocimiento científico
básico
Hacia finales del siglo XX, en 1995, cuando nos encontramos con el Dr. Juan Carlos Díaz Ricci en el Instituto Superior de Investigaciones Biológicas (INSIBIO, Conicet-UNT) al regreso de nuestras extensas instancias doctorales y posdoctorales en el extranjero, él Ing. Químico y yo Agrónomo, nos juntamos a pergeñar una estrategia científico-tecnológica que contribuyera, en un principio, a solucionar un problema productivo importante para Tucumán conocido localmente en ese momento como la “muerte de plantas”, provocado por una enfermedad fúngica (hongos del género Colletotrichum) que afectaba a un cultivo que daba mucha mano de obra en un contexto socioeconómico muy complicado de nuestra Provincia: la frutilla.
Con ese propósito avanzamos por dos vías que asumíamos como complementarias: el mejoramiento genético clásico y la búsqueda de microorganismos o sustancias derivadas de ese agroecosistema en particular, que pudieran formularse de manera adecuada para constituir productos que afectasen menos la salud humana y ambiental, y que pudieran ser usados para controlar la “muerte de plantas”. Aunque éramos conscientes que la obtención de cultivares o variedades argentinas (inexistentes) de frutilla era un camino relativamente seguro, pero muy costoso y a muy largo plazo, lo mismo fundamos una iniciativa interinstitucional e interdisciplinar que llamamos ProFrutilla: Programa Nacional de Mejoramiento Genético de la Frutilla.
También sabíamos que si bien la aproximación de desarrollar bioinsumos era muy incierta (ni siquiera existía ese sustantivo, se conocía poco a cerca de estos productos y había escasa base científica al respecto), éstos podrían servir también para otros cultivos y de ese modo contribuir con el desafiante cambio cultural del momento, de incrementar no solamente la sostenibilidad económica de la agronomía, sino también la ambiental y la social.
Ambas opciones implicaban estudiar en profundidad la interacción planta-patógeno y así lo hicimos: por una parte, con Juan Carlos empezamos a dirigir una tesis doctoral a cargo María Paula Filippone, a través de la cual tratamos de identificar moléculas que estuviesen involucradas en la defensa de la frutilla contra los hongos del género Colletotrichum que provocaban la enfermedad de la antracnosis, y eran responsables de la “muerte de plantas” que había reducido al 50 % la superficie cultivada con frutilla en Tucumán, para esa época, una de las provincias con la mayor área plantada de ese cultivo.
Por otro lado, también mediante una tesis doctoral llevada a cabo por Sergio Salazar, caracterizamos genotipos avirulentos del hongo que a través de interacciones incompatibles cuando eran inoculados en distintas variedades de frutilla producían una respuesta de protección cruzada, es decir, que esas variedades que antes de ser infectadas eran susceptibles a la enfermedad, después de serlo (con el genotipo de hongo avirulento) se volvían resistentes. En ese entonces y como lo más directo, se nos ocurría utilizar uno de estos hongos “desactivados” o avirulentos para formular una especie de “vacuna” que protegiese contra los virulentos que provocaban la enfermedad. Sin embargo, sabíamos que eso era muy riesgoso porque, aunque avirulentos, se trataba de microorganismos patógenos. Además, para poder proteger (patentar) una eventual tecnología derivada de este conocimiento, había que buscar otras especies de hongos, en lo posible no patógenos de plantas, que tuvieran la misma o mejor capacidad de inducir una respuesta de defensa en, por lo menos, las variedades más cultivadas de frutilla en el país.
El biocontrolador PSP1
(“Plant Stimulator and Protector” 1)
En un trabajo mancomunado y maratónico que a la postre constituyó las tesinas de Licenciatura en Biotecnología de Josefina Racedo y Nadia Chalfoun, primero se evaluaron una inmensa cantidad de hongos patógenos y no patógenos hasta comprobar que un genotipo determinado de la especie Acremonium strictum, cuando era inactivado (matado), era capaz de inducir la resistencia en cultivares (variedades) de frutilla susceptibles a la enfermedad de la antracnosis. Posteriormente, se determinó que inclusive el sobrenadante del cultivo de ese hongo en medio líquido, mantenía el “poder inductor”.
Responder la pregunta de cuál era el “poder inductor” le correspondió a Nadia Chalfoun durante su extenso y excepcional trabajo experimental de tesis doctoral, en el cual además de aislar y de caracterizar una proteasa fúngica, de tipo subtilisina, que era la responsable principal de la actividad inductora o activadora (“elicitora”) de la defensa cuando se asperjaba en frutilla, también aisló y secuenció los genes que la codificaban.
Estos resultados que fueron conseguidos gracias a la inestimable ayuda de Gabriel Salcedo y Araceli Díaz-Perales de la Universidad Politécnica de Madrid, junto a otros que indicaban que la proteína que habíamos llamado AsES (sigla en inglés de Subtilisina “Elicitora” de Acremonium strictum), era capaz de inducir la respuesta defensiva contra patógenos bacterianos y fúngicos también en la planta modelo Arabidopsis thaliana, nos llevó a diseñar y proteger internacionalmente (PCT: sistema internacional de patentes-WIPO) (1); una tecnología derivada del uso de AsES para la Estimulación y Protección de Plantas (por su sigla en inglés: PSP).
El desarrollo tecnológico
Para encarar el desarrollo de ésta y otras tecnologías que se iban produciendo, parte de nuestro grupo fue a fundar en 2002 la Sección Biotecnología de la Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres de Tucumán (EEAOC), como una Unidad Asociada al Conicet a través del INSIBIO. Esto condujo a que toda la EEAOC se asociase al Conicet en 2009 y a que hacia fines de 2012, se conformara el Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino (ITANOA), unidad ejecutora de dependencia compartida entre el Conicet y la EEAOC.
El primero de los bioinsumos en llegar al mercado fue el PSP1 con el nombre comercial de Howler. Para que ésto ocurriera no fue suficiente esta extraordinaria confluencia interinstitucional entre la EEAOC y el Conicet, sino que hizo falta una alianza estratégica con la empresa ANNUIT SA, que a su vez se asoció con SummitAgro del grupo japonés Sumitomo Corporation. Tanto para el registro del producto en el SENASA, para la certificación de bioinsumo para Producción Orgánica (2), como para los más de 33 ensayos de campo en diferentes zonas agroecológicas de Argentina durante 5 años en diversos cultivos, fue clave el rol jugado por el Dr. Bjorn Welin, investigador de la EEAOC y del Conicet (3) (4).
Las Fragarinas y el PSP2
(“PlantStimulator and Protector” 2)
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| Pía de los Angeles Di Peto |
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Con los trabajos de tesis doctoral de María Paula Filippone, de Alicia Mamaní de Marchese y de Pía de los Angeles Di Peto, pudimos identificar compuestos antimicrobianos del tipo de los taninos hidrolizables (elagi- y galo-taninos), a los que llamamos Fragarinas. Como estos compuestos fenólicos se acumulaban diferencialmente en las variedades de frutilla resistentes respecto de las susceptibles cuando la planta era inoculada con el agente etiológico de la antracnosis, y como también habíamos probado que las Fragarinas eran capaces de activar las defensas contra diversos patógenos en otras especies vegetales, realizamos numerosos experimentos que nos permitieron comprobar que estos compuestos, debidamente formulados, podían ser muy útiles para implementar estrategias de manejo fitosanitario en distintos cultivos.
La tecnología derivada fue patentada en Argentina, Brasil y México (5), y en 2019, recibió el 1º Premio BioValor en la Categoría Académica Tesis de Posgrado, otorgado por la entonces Secretaría de Gobierno de Agroindustria de la Nación y el CPIA.
Muy recientemente, gracias a una nueva colaboración interdisciplinaria e interinstitucional que involucró a la Dra. Alicia Couto de la UBA y estuvo bajo la dirección del Dr. Carlos Grellet-Bournonville del ITANOA, se pudo aislar de la frutilla y dilucidar su estructura química, un nuevo tipo de glucósido de ácido graso que no había sido descrito con anterioridad y que reúne en una sola molécula propiedades antimicrobianas, activadoras de la defensa contra patógenos y promotoras del crecimiento vegetal. Este trabajo acaba de ser aceptado, con felicitaciones, para ser publicado en la revista Scientific Reports de la prestigiosa Editorial de Nature. (6)
El desarrollo tecnológico
El desarrollo de bioinsumos basados en este nuevo activo biológico que hemos patentado internacionalmente (EEUU, UE, China, Brasil, México y Argentina) y denominado PSP2 (siglas en inglés de “Plant Stimulator and Protector” 2), se está llevando a cabo desde la EEAOC y el ITANOA, con la activa participación y ayuda de la empresa ANNUIT SA. (7).
| * A la memoria de Gabriel Salcedo Durán (1950-2012) |
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Bibliografía citada
(1) Polypeptide that induces defense against biotic stress in plants, nucleotide sequence that codes for same, microorganism, compositions and methods. 2012. WO2012123614.
(2) NO-2018-39689218-APN-DCA#SENASA. Aprobación del insumo comercial “ISDV” (N° Registro: 92243) para la Producción Orgánica. Enrique R. Moretti (directorio.annuit@gmail.com).
(3) Chalfoun y colaboradores (2018). Development of PSP1, a biostimulant based on the elicitor AsES for disease management in monocot and dicot crops. Front. Plant Sci. doi: 10.3389/fpls.2018.00844.
(4) Chalfoun y colaboradores (2018). Elicitor-Based Biostimulant PSP1 Protects Soybean Against Late Season Diseases in Field Trials. Front. Plant Sci., 12 June 2018. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00763.
(5) “Compuestos y composiciones para inducir mecanismos de defensa en las plantas, métodos de aplicación, procedimientos de obtención, extractos y usos”; Nº de Acta P080103098 del 18/07/2008.
(6) Grellet y colaboradores (2020). Strawberry fatty acyl glycosides enhance disease protection, have antibiotic activity and stimulate plant growth. Scientific Reports (en prensa) .
(7) Glycoside compound of fatty acids, composition comprising it, process for its obtention and methods to apply it on plants or fruits or both at the same time. 2019. WO2019049044.
