Microorganismos benéficos en la producción agrícola, pecuaria y agroindustrial

El uso de hongos y bacterias en beneficio de la agricultura y la agroindustria.

La palabra microbio, en general, se asocia con microorganismos nocivos para la salud humana, animal y vegetal; sin embargo, esta es una idea que no es del todo cierta. Son muchísimos los microorganismos que son utilizados por el ser humano en su beneficio, de forma directa o para optimizar procesos en la salud y en la obtención de alimentos de origen animal o vegetal. Microorganismo es entendido como organismos microscópicos. El factor común de ser microscópico no supone uniformidad en las forma de vida que constituyen al grupo de microorganismo, por el contrario, abarca una gran variedad de formas que taxonómicamente pueden ser separados en bacterias y hongos.


Ni bacterias ni hongos tienen capacidad de producir sus propios nutrientes, es por esta razón que existe una gran cantidad de estos organismos que son parásitos; otros tantos utilizan materia orgánica que exista en el medio para lograr sus nutrientes luego de reacciones bioquímicas que se dan sobre los sustratos orgánicos mencionados, otras establecen relaciones simbióticas para obtener sustancias que ellos no pueden sintetizar. Las bacterias son microorganismos unicelulares sin núcleo definido pertenecientes al dominio Procariota. Los hongos son agrupados bajo el reino Fungi y se caracterizan porque sus células poseen núcleo definido; pueden ser organismos unicelulares o pluricelulares; la agrupación de células forma las hifas, cuya conjunto conforman el micelio del hongo. No todos los hongos son microscópicos, existen una gran cantidad que son macroscópicos.
La biotecnología es definida como la aplicación de cualquier tecnología sobre organismos vivos con un fin utilitario, por tanto, todo uso que se haga de microorganismos en beneficio del ser humano está incluido dentro del concepto amplio de la biotecnología.
Un criterio para poder clasificar los microorganismos benéficos en la agricultura es el tipo de organismo al que beneficia directamente, de esta manera esta clasificación pudiera darse de la siguiente manera: 1. Uso de microorganismos en beneficio de las plantas cultivadas. 2. Uso de microorganismos en beneficio de los animales aprovechados por el ser humano. 3. Uso de microorganismos para la alimentación del ser humano.

1. Uso de microorganismos en beneficio de las plantas

Dentro de esta categoría se pueden distinguir dos aspectos diferentes en los que son usados los microorganismos: 1.1. Aporte de nutrientes a las plantas. 1.2. Combate de organismos que compiten con las plantas.

1.1. Aporte de nutrientes a las plantas

El aporte de nutrientes a las plantas como consecuencia de la acción de microorganismos, se da mediante reacciones bioquímicas que son parte del metabolismo de los microorganismos, en las que éstos son capaces de transformar formas de elementos químicos no aprovechables por las plantas, en formas químicas de esos mismos elementos que sí son aprovechadas por las plantas. Estas relaciones que se establecen entre plantas y microorganismos, en las que las plantas aprovechan productos del metabolismo de los microorganismos, están representadas fundamentalmente por bacterias fijadoras de nitrógeno y por hongos llamados micorrizas.

1.1.1. Bacterias fijadoras de nitrógeno

El nitrógeno es un elemento imprescindible en la nutrición mineral de las plantas, y es abundante en el aire que respiramos y por tanto en el aire que se encuentra en los espacios porosos del suelo. El nitrógeno en el aire se encuentra como nitrógenos atmosférico (N2) sin embargo, en esta forma no puede ser tomado por la planta, ya que ésta toma los nutrientes por las raíces, es decir, al absorber la solución del suelo está tomando los nutrientes allí solubilizados. Para que la planta pueda tomar nitrógeno, este debe estar como amonio (NH4+) o como nitrato (NO3). En el suelo existen bacterias que tienen la capacidad de tomar N2 y transformarlo en NH4+, es lo que se denomina fijación biológica de nitrógeno; los organismos que tienen esta capacidad son llamados diazotrofos. Un grupo de estas bacterias se encuentra en simbiosis con las plantas, son bacterias de los géneros Rhizobium, Bradyrhizobium y Sinorhizobium que se alojan dentro de las raíces de leguminosas y toman de estas algunas elementos requeridos para su metabolismo, realizan la transformación de nitrógeno atmosférico en amonio, y así las plantas leguminosas tienen una fuente de nitrógeno que es indispensable para su desarrollo. Existe otro grupo de bacterias que viven libres en el suelo, por tanto el amonio que producen queda disponible en el suelo. Este amonio puede ser tomado por otras bacterias que viven en el suelo, y lo transforman en nitrato (NO3-) que es una forma nitrogenada que también puede ser tomada por la planta. Actualmente existen muchas empresas que se dedican a obtener grandes cantidades de biomasa bacteriana de especies particulares de los géneros bacterianos mencionados para comercializarlos bajo la denominación de inoculantes o biofertilizantes. Normalmente la presentación comercial es líquida, a veces en polvo, y no es mas que una gran masa bacteriana. Como cualquier organismo, dentro de cada una de las especies de bacterias fijadoras de nitrógeno, existe una amplia variabilidad genética, existirán cepas con mayor eficiencia de fijación que otras, existirán cepas con mayor adaptación a ciertos ambientes. Es por esto que no todas las cepas funcionarán eficientemente en todos los agroecosistemas, se requiere investigar cual tiene mejor adaptación y eficiencia en el entorno en que se dará la siembra, e incluso, es necesario investigar si en el propio suelo existen cepas autóctonas que pudieran ser multiplicados para obtener grandes cantidades de biomasa que pudieran ser aplicados en los procesos productivos.

1.1.2. Micorrizas

Micorriza es el nombre genérico que se ha dado a la simbiosis que se establece entre hongos y plantas mediante la penetración de hifas del hongo en raíces de la planta; la planta recibe nutrientes que están en el suelo en formas no disponibles, pero que el hongo hace disponibles, y el hongo recibe de la planta metabolitos producto de la fotosíntesis. Adicionalmente, las hifas aumentan el área de exploración efectiva que pudiera tener la planta con sus raíces, incrementando por tanto la posibilidad de absorción de nutrientes. La producción de micorrizas a escala industrial como para ser comercializada a nivel de productores del campo tiene la gran limitación del carácter de simbionte obligado, es decir, para que se produzca e incremente la cantidad de inóculo inicial requiere de una planta hospedera. Es así como se han ensayado varias formas de poder comercializar micorrizas. En un principio se vio en los cultivos aeropónicos una buena oportunidad: plantas con raíces colocadas en cámaras, en las que se aplicaban sobre dichas raíces pulverizaciones o gotas muy finas de solución nutritiva. Esta metodología requiere de mucha mano de obra altamente especializada, lo cual incrementa grandemente el costo de producción de micorrizas. Lo más viable es la utilización de sustratos inertes y livianos en los que crecen las plantas con raíces micorrizadas. Posteriormente se elimina la parte aérea de la planta y se cortan en segmentos muy pequeños las raíces. Así, el producto comercial es una mezcla del sustrato, hifas, esporas y raíces con hifas y esporas. Esto permitirá que la aplicación de este producto sobre el suelo o sustrato del productor, tenga suficiente material biológico para permitir que el hongo micorrízico establezca la simbiosis con las plantas.

1.2. Combate de organismos nocivos para las plantas cultivadas

La agricultura puede ser vista como las relaciones que se establecen entre diversos organismos y la planta cultivada, relaciones que bien pueden beneficiar a la planta, o afectarla en gran medida. Entre las relaciones que afectan a la productividad de la planta, se encuentran las protagonizadas por insectos, hongos y bacterias que utilizan a la planta como fuente de alimentación. Es por esto que el ser humano “ayuda” a la planta a defenderse intentando eliminar o al menos disminuir las poblaciones de insectos plaga, bacterias y hongos fitopatógenos. Para esto existen prácticas culturales (como por ejemplo manejo de fecha de siembra) y también el uso de microorganismos “aliados” que tienen como enemigos naturales a los organismos no deseados en los campos agrícolas. Según su uso directo, o el uso de algunos de sus metabolitos, esta categoría de uso de microorganismos benéficos puede clasificarse como: 1.2.1. Control biológico 1.2.2. Uso de metabolitos

1.2.1. Control biológico

La utilización de organismos vivos para la disminución de la población de organismos que compiten con las plantas cultivadas en su agroecosistema es lo que se conoce como control biológico. Son muchas las especies de organismos que se crían artificialmente para obtener grandes cantidades de ellas, y posteriormente liberarlas en campo para que vayan tras los organismos nocivos para la planta. Entre estos organismos, se usan hongos denominados entomopatógenos, ya que tienen la capacidad de provocar enfermedad y muerte en una amplia variedad de insectos. Especies de hongos como Metarhizium anisopliae, Beauveria bassiana, Paecilomyces lilacinus y Lecanicilium lecani son aplicadas en el campo tal cual como un insecticida, una vez aplicado y que alguna espora del hongo quede en contacto con el insecto, o sea ingerida por este, la espora germina formando el micelio que rápidamente penetra en el insecto causándole la muerte; esta es una enfermedad que de manera genérica es denominada muscardina. Lecanicilium lecani también actúa sobre varias especies de nematodos. Cualquiera de las especies mencionadas tienen presentaciones comerciales líquidas, o en polvo o granuladas. Los microorganismos utilizados en el control biológico no se restringen al control de insectos, también son utilizados en el control biológico de hongos. Al control biológico de hongos del suelo contribuyen especies de hongo del género Trichoderma (por ejemplo Trichoderma harzianum, Trichoderma viride, Trichoderma koningii y Trichoderma hamatum) las cuales tienen una alta capacidad reproductiva lo cual les permite competir muy eficientemente con otras especies de hongo (entre ellos los fitopatógenos) por el mismo espacio. Adicionalmente, producen metabolitos que afectan el crecimiento de otros hongos y tienen también la capacidad de comportarse como parásitos de dichos hongos. La aplicación de Trichoderma en el suelo es una estrategia que viene siendo cada vez mas utilizada en la agricultura para lograr un desplazamiento de las poblaciones de hongos fitopatógenos y por tanto el desarrollo de plantas mas sanas.

1.2.2. Uso de toxinas producidas por microorganismos

Otra estrategia utilizada en el control de organismos nocivos para las plantas cultivadas, especialmente en el control de insectos plaga, es la aplicación de plaguicidas biológicos. Un plaguicida biológico es el resultado del aislamiento y purificación de la toxina sintetizada por un organismo vivo, y difiere del control biológico en que no se aplica el organismo, lo que se aplica es la toxina. Quizá el insecticida biológico mas famoso es el llamado Bt, que son las iniciales del nombre científico de la bacteria Bacillus thurigiensis. Esta bacteria produce un metabolito que resulta letal para las larvas de insectos lepidópteros (mariposas) cuando lo ingieren. Comercialmente se ha logrado aislar y purificar esta toxina, la cual se puede conseguir como polvo mojable.

 

2. Uso de microorganismos en beneficio de los animales

Dentro de esta categoría de usos de microorganismos en beneficio de los animales que son aprovechados por el ser humano, se encuentran dos posibilidades: 2.1. Como materia prima para la elaboración de vacunas. 2.2. Como control biológico de insectos en instalaciones para la producción animal.

2.1. Como materia prima para la elaboración de vacunas

Los ejemplares utilizados en la producción animal pueden ser afectados por distintos microorganismos, especialmente bacterias y virus. Bien sean pollos de engorde, gallinas ponedoras, cerdos, ganado bovino, conejos, o cualquier especie animal criada para beneficio del ser humano (especialmente para su alimentación), es necesario mantener en ellos un estricto control sanitario que evite o minimice las probabilidades de contraer la enfermedad. Dentro de las estrategias de estos planes sanitarios, cobran importancia central las vacunas, las cuales son definidas como la suspensión de microorganismos atenuados o inactivados, o sus fracciones, que se pueden administrar a animales sanos susceptibles a determinadas enfermedades, con el objeto de inducirles inmunidad activa protectora contra las mismas. Aun cuando los microorganismos usados en la elaboración de vacunas no son benéficos per se, y por el contrario, pueden ser sumamente dañinos, ellos pueden ser manipulados por el ser humano y ser muy benéficos al contribuir en el mantenimiento de la salud de los animales aprovechables por el ser humano. Existen distintos tipos de vacunas, bien sea contra virus o contra bacterias patógenas, y pueden ser clasificadas según la forma en que se obtienen. Así, se habla de vacunas de virus enteros (o de células enteras si provienen de bacterias), las cuales se clasifican en atenuadas o inactivadas, o vacunas elaboradas con subunidades del microorganismo. Actualmente se está dando mayor importancia a las vacunas llamadas de última generación, entre las que se incluye vacunas de ADN.

2.2. Como control biológico de insectos en instalaciones para la producción animal

En el aparte 1.2.1. se trató el tema del control biológico aplicado sobre insectos plaga en plantas cultivadas. Especies de hongos como Bauveria y Metharizium pueden ser utilizados para el control de dípteros (básicamente moscas) en granjas avícolas y porcinas.

3. Uso de microorganismos para la alimentación del ser humano

El ser humano utiliza microorganismos en su alimentación de dos formas distintas: 3.1. Como fuente directa de alimentación. 3.2. Como generadores de procesos bioquímicos indispensables para la producción de ciertos alimentos.

3.1. Como fuente directa de alimentación

Es necesario destacar que esta categoría no está representada por microorganismos, pero sí por hongos, es decir, los hongos ubicados en esta categoría son macroscópicos. Debido a que se ha venido tratando a hongos y bacterias como microorganismos, mantenemos esta categoría en este aparte, pero evidentemente, hongos como los champiñones no son microorganismos puesto que son visibles a simple vista. Los hongos más populares en cuanto a su consumo por parte del ser humano son los del género Agaricus, los cuales crecen sobre sustratos orgánicos. El sistema de producción de Agaricus es relativamente sencillo, su explotación se reduce a colocar material vegetativo del hongo (esporas, fragmentos de micelio) sobre sustrato orgánico para que el hongo complete su ciclo, lográndose la obtención del producto comestible que es el cuerpo fructífero, o lo que muchos denominan setas.

3.2. Como generadores de procesos bioquímicos indispensables para la producción de ciertos alimentos

El proceso mediante el cual los microorganismos transforman sustancias complejas en sustancias más sencillas, es denominado fermentación. Existen distintos tipos de fermentación según la sustancia resultante de la transformación. Los principales tipos de fermentación son la alcohólica, la acética y la láctica, y es justamente en base al tipo de fermentación que se puede dar una clasificación dentro de esta categoría de la siguiente manera: 3.2.1. Microorganismos utilizados para la fermentación alcohólica. 3.2.2. Microorganismos utilizados para la fermentación acética. 3.2.3. Microorganismos utilizados para la fermentación láctica.

3.2.1. Microorganismos utilizados para la fermentación alcohólica

En la elaboración del pan, la cerveza y el vino se usan hongos unicelulares llamados levaduras, de la especie Saccharomyces cerevisiae. En la elaboración del pan, a partir del almidón de la harina del cereal con el que se elaborará (generalmente harina de trigo), estos microorganismos generan un proceso fermentativo produciendo etanol y dióxido de carbono, este último que es un gas, es atrapado por el gluten (proteína abundante en la mayoría de los cereales) aumentando el volumen de la masa y confiriendo al pan su esponjosidad característica. El etanol se pierde por evaporación al darse el horneado del pan. En la elaboración de la cerveza, la levadura transforma los azúcares contenidos en los granos macerados de algún cereal (generalmente cebada) en alcohol y anhídrido carbónico. Cepas particulares de Saccharomyces cerevisiae son mantenidas por las cerveceras para conferir gustos especiales a las cervezas. En la elaboración del vino, las levaduras utilizan los azúcares del mosto y lo transforman en alcohol etílico. A escala industrial, se han hecho selecciones de subespecies de Saccharomyces cerevisiae para ofrecer al productor de vino fermentaciones más eficientes y con modificaciones sutiles en el sabor y aroma del vino a obtener. Además de la levadura, en el vino se utilizan bacterias lácticas (para la fermentación láctica) que, al mismo tiempo que se está dando la fermentación alcohólica por parte de las levaduras, están transformando ácido málico en ácido láctico reduciendo así la acidez final del vino. Estas bacterias son producidas a nivel industrial para ofrecerlas al productor de vino, y pertenecen a los géneros Lactobacillus, Pediococcus y Leuconostoc.

3.2.2. Microorganismos utilizados para la fermentación acética

En la elaboración de vinagre, se usa la bacteria Mycoderma aceti, la cual tiene la capacidad de transformar alcohol etílico en ácido acético.

3.2.3. Microorganismos utilizados para la fermentación láctica

La elaboración de productos lácteos como quesos y yogures requiere de la utilización de microorganismos, los cuales utilizan ciertas sustancias del medio en que se encuentren y producen otros componentes que influyen sobre el sabor característico del producto que se busca obtener. Para quesos y yogures se utilizan primordialmente las llamadas bacterias lácticas, las cuales utilizan el carbohidrato lactosa que se encuentra en la leche, transformándolo en ácido láctico. Son bacterias de los géneros Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus, Lactococcus y Streptococcus. La presencia de estas bacterias permite la acidificación y coagulación de la leche lo cual es una de las fases para elaborar queso. Cuando se pretende elaborar queso a escala industrial, en la que los estándares de calidad son sumamente exigentes y por tanto la uniformización del proceso es indispensable, se requiere que las bacterias a agregar sean de una especie en particular y con una densidad determinada para así poder asegurar resultados uniformes, es por esto que se elaboran a nivel industrial los llamados fermentos lácticos iniciadores, cuya presentación puede ser líquida o liofilizada. La utilización de uno u otro fermento tendrá influencia en la textura y sabor del queso resultante. Hay quesos que además requieren del uso de hongos, fundamentalmente del género Penicillium. Estos hongos crecen en la superficie del queso, confiriéndole un sabor particular. Al igual que las consideraciones requeridas en las bacterias, es necesario velar por la integridad del inóculo del hongo que se agregará al queso para poder esperar resultados uniformes.

De esta manera se ha visto de forma general como el ser humano se aprovecha de los microorganismos para su beneficio, descartándose la idea de que éstos solo provocan enfermedades y daños en los seres humanos y en las plantas y animales que utilizan. Bien sea para beneficiar a las planas que cultiva, a los animales que cría, o como fuente directa o indirecta de alimentación, la biotecnología de microorganismos es una actividad que está en constante crecimiento tanto en investigación como en desarrollo económico.

 

Ing. Agr. Hernán E. Laurentin T. (M. Sc., Ph. D.)

universidadagricola.com

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