En Chile y el mundo los cultivos agrícolas se ven enfrentados a limitaciones que se han ido agudizando por los efectos imparables del cambio climático. La escasez de agua y la falta de nutrientes han ido en desmedro de su productividad. Una de las principales carencias nutricionales a las que se ven expuestos los cultivos, en ciertas zonas del país, es la baja biodisponibilidad del hierro que limita un buen metabolismo de las plantas. En estas condiciones, la calidad del fruto, el tamaño y el rendimiento de la cosecha se ven severamente reducidos ya que el fierro participa activamente en el sistema fotosintético.
En este escenario, el desarrollo de soluciones que a través de la biotecnología permitan aumentar la capacidad agrícola de los suelos de manera sostenible es fundamental para satisfacer las necesidades actuales de alimentos. “La carencia de fierro biodisponible en los suelos es una de las principales dificultades a las que se exponen los cultivos, estimándose un efecto sobre el 30% de la agricultura actual”, explica José Luis Campos, doctor en Química e investigador de la Facultad de Ingeniería y Ciencias quien junto la Daniel Valenzuela, doctor en Ingeniería Bioquímica y postdoctorado en la Facultad de Ingeniería y Ciencias lidera un proyecto Fondecyt Postdocorado para la producción y aplicación de sideróforos, moléculas quelantes de fierro que tienen la capacidad de nutrir cultivos de importancia agrícola. “Este descubrimiento, como otros a lo largo de la historia ocurrió manera fortuita cuando se intentó tratar aguas servidas y se observó que el agua adquiría un color verde fluorescente. Esto llevó a indagar a los investigadores sobre el compuesto que estaba dando ese color al agua, lográndolo identificarlo como pioverdina y abriendo las puertas a su potencial uso en agricultura”, agrega el profesor Campos.
El uso de estas moléculas es clave para sustituir la aplicación de fertilizantes de origen sintético y reducir al mínimo los impactos sobre el ambiente, promoviendo con ello el desarrollo de una agricultura sostenible. Además, estas nuevas soluciones permiten integrar enfoques ecológicos que mejoren los rendimientos de la agricultura, sobre todo en regiones del planeta más vulnerables a la escasez hídrica y de alimentos. Sin embargo, limitaciones productivas han frenado la utilización de sideróforos a escala industrial.
“El uso de quelantes biológicos –dice el académico UAI– ha demostrado ser un método eficiente en la corrección de la clorosis férrica, constituyéndose como una alternativa a los quelantes sintéticos. Los quelantes biológicos son producidos por todos los organismos para sobrevivir en ambientes con baja biodisponibilidad de hierro. Bacterias, hongos y plantas, sintetizan moléculas llamadas sideróforos, las cuales se encuentran entre los más fuertes quelantes de hierro. Nuestro proyecto consiste una plataforma para la producción de sideróforos que pueden llevar estas moléculas desde el laboratorio a la industria, a través de un proceso productivo de bajos requerimientos técnicos y económicos que permite estimular el vigor de las plantas.
Actualmente existe una escasa oferta de sideróforos en el mercado, principalmente por la dificultad de producción. Las tecnologías diseñadas para la producción de sideróforos están limitadas por condiciones de operación que restringen el proceso de escalamiento, principalmente por la necesidad de mantener cultivos axénicos y libres de fierro. Durante más de dos décadas 25 se ha advertido sobre la importancia de desarrollar un proceso que permita la producción comercial de sideróforos. “El objetivo de este proyecto es producir sideróforos en reactores biológicos utilizando cultivos mixtos (consorcio microbiano) y substratos de bajo costo que permitan su implementación industrial y la aplicación agrícola de los sideróforos. Lo novedoso del proyecto es que implica procesos de producción sencillos y de bajo costo”, comenta José Luis Campos.
Actualmente, se han determinado las condiciones de operación más propicias para generar los sideróforos y ya se han aplicado a plantas de arándanos, observando un notable aumento de la velocidad de crecimiento. Además, se acaba de saber que la bacteria responsable es una nueva especie diferente a las otras otras identificadas como productoras de sideróforos.