Resumen
El paradigma actual de la enfermedad en la patología poscosecha se basa en el concepto de un patógeno, una enfermedad; sin embargo, se estableció en la era anterior a la metagenómica, y puede ser insuficiente si se aplica el concepto de “holobionte” a los productos cosechados considerándolos como sistemas biológicos El artículo a continuación se basa en la publicación de Droby et al., que analiza el concepto de patobioma aplicado a la patología poscosecha y su implicación en la estrategia de biocontrol
Contenido
- El desarrollo de la enfermedad involucra conjuntos complejos de organismos
- La poscosecha, sistema dinámico de interacciones entre microbiota y huésped
- Influencia de la microbiota asociada a la fruta
- En el inicio y desarrollo de las enfermedades intervienen múltiples microorganismos
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El concepto de “patobioma” aplicado a la patología poscosecha y su implicación en las estrategias de biocontrolBeatriz Riverón, Bioquímica farmacéutica
- La enfermedad ocurre cuando el simbiosis se transforma en patobioma
- Ejemplos de patobioma
- Importancia de las primeras etapas de la infección
- Deben considerarse todos los factores del patosistema
- Bacterias endofúngicas que contribuyen a la virulencia del hongo hospedero
- Mucho por saber sobre las interacciones mutuamente beneficiosas entre hongos y bacterias
La secuenciación metagenómica, que es el análisis genómico de la comunidad de microorganismos en un entorno determinado mediante técnicas independientes del cultivo, y consiste en extraer ADN directamente del medio ambiente para construir una biblioteca genómica, y las o tecnologías multiómicas (genómica, transcriptómica, proteómica y metabolómica) han mejorado enormemente nuestra comprensión del microbioma de los cultivos frutales y han revelado las complejas interacciones que pueden ocurrir entre las comunidades microbianas y su huésped. Existe una fuerte evidencia de la participación de múltiples microorganismos en el inicio y desarrollo de enfermedades en plantas hospedantes. Un paradigma de la patología poscosecha es que un solo patógeno tiene la capacidad de iniciar y causar enfermedades. Los nuevos datos sobre el microbioma de la fruta permiten cuestionar el paradigma existente de un modelo patógeno-enfermedad único y desarrollar una comprensión más completa del proceso de la enfermedad.
El desarrollo de la enfermedad involucra conjuntos complejos de organismos
Ha sido sugerido la necesidad de un cambio conceptual en relación a las enfermedades en cultivos frutales que se originan en heridas superficiales ya que son el resultado de interacciones complejas entre un patógeno reconocido y microorganismos específicos que ocupan el sitio de la herida. El concepto de patobioma debe aplicarse a las enfermedades poscosecha
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proporcionando una visión más holística del desarrollo de la enfermedad, que involucra conjuntos complejos de organismos.
De esta manera, la relación herida-patógeno se basa en un sistema biológico interactivo en el que la abundancia y composición de taxones microbianos residentes específicos en la herida se promueven en las primeras etapas de la infección.
Estos cambios en la estructura de la comunidad microbiana son potencialmente responsables de modular los factores de patogenicidad/virulencia en el patógeno y suprimir la activación de las respuestas de resistencia en el huésped.
También se debe de considerar la asociación de exo y endobacterias con patógenos fúngicos y su papel en el patobioma.
La poscosecha, sistema dinámico de interacciones entre microbiota y huésped
Es de destacada importancia comprender el papel del microbioma en los cultivos frutales y ha sido sugerido utilizar el concepto de 'holobionte” a los productos cosechados, y ver la etapa poscosecha de la fruta como un sistema dinámico con interacciones complejas entre las comunidades microbianas (microbiota) y su huésped
Se ha llevado a cabo una amplia investigación para estudiar el ensamblaje, la dinámica, la composición y la función del microbioma de la fruta. Estos estudios han demostrado la presencia de comunidades microbianas epífitas y endófitas complejas en diferentes partes de una fruta, que están determinadas por la ubicación geográfica, el genotipo del huésped, el tipo de tejido de la fruta y otros factores, incluidas las prácticas de manejo poscosecha.
Un microbioma central se define como un conjunto de microorganismos presentes constantemente durante largos períodos de tiempo en un
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huésped específico Su estabilidad a largo plazo probablemente sea fundamental para el desarrollo, la salud y el funcionamiento de su huésped.
Influencia de la microbiota asociada a la fruta
La microbiota asociada a la fruta puede tener impactos beneficiosos, perjudiciales o neutros en un huésped. Hasta la fecha, la biología y la respuesta del huésped a los microorganismos patógenos ha sido el aspecto más estudiado de la ecología microbiana en los cultivos, incluidos los cultivos frutales, ya que son la causa de importantes pérdidas de productos antes y después de la cosecha.
Actualmente, los patógenos poscosecha se han clasificado en dos categorías según su modo de infección: necrótrofos y hemibiótrofos.
Los necrótrofos se consideran principalmente patógenos de heridas que infectan a través de lesiones superficiales y desarrollan síntomas visibles en un período de tiempo relativamente corto. En cambio los hemibiótrofos, son patógenos que infectan el fruto a través de aberturas naturales, como lenticelas, o tejido intacto de la cáscara, permaneciendo quiescentes sin presentar síntomas visibles de infección (fase biotrófica), que luego, en condiciones adecuadas (maduración/senescencia) se activan y pasan a una fase necrotrófica, donde los signos de infección se vuelven fácilmente visibles. Los hemebiótrofos, sin embargo, actúan de manera similar a los necrótrofos cuando infectan frutos maduros a través de tejidos lesionados o dañados. Por lo tanto, las lesiones superficiales se consideran una ruta importante de infección de la gran mayoría de los patógenos poscosecha.
En el inicio y desarrollo de las enfermedades intervienen múltiples microorganismos
La visión común de un patógeno dentro de estas categorías es, como una entidad independiente que es distinta de otros microorganismos, y se cree que posee una capacidad genética para causar enfermedades en los huéspedes.
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Pero los avances recientes realizados mediante el uso de tecnologías multiómicas integradas han llevado a una fuerte evidencia de la participación de múltiples microorganismos en el inicio y desarrollo de enfermedades.
Estos nuevos datos permiten cuestionar los conceptos previos del modelo único patógeno-enfermedad y desarrollar una comprensión más profunda del proceso de la enfermedad en los cultivos frutales. Se ha sugerido la necesidad de crear modelos más nuevos y cuestionar nuestra comprensión existente de las etiologías de las enfermedades poscosecha que crearán nuevas estrategias para el manejo de las enfermedades en este sector.
La enfermedad ocurre cuando el simbiosis se transforma en patobioma
El término "patobioma" se acuñó para describir un consorcio de especies microbianas asociadas con una planta que interactúan entre sí y con el huésped para fomentar la patogenicidad y el desarrollo de enfermedades
El concepto originalmente de la investigación sobre el microbioma humano y sugirió que la disbiosis de una estructura de comunidad microbiana siempre está alineada o correlacionada con una condición no saludable.
De manera similar, una planta sana se asocia típicamente con una estructura comunitaria diversa y estable, descrita como un simbionte, que juega un papel esencial en su crecimiento y función.
Un cambio de un “simbioma” a un patobioma ocurre durante el inicio de la enfermedad y generalmente implica transiciones importantes en la composición microbiana que conducen a la proliferación de patógenos y el desarrollo de infecciones. Como tal, el concepto de patobioma proporciona una visión más holística y realista del desarrollo de la enfermedad, en la que intervienen conjuntos complejos de organismos.
Incluso en los casos en los que está implicado un solo agente patógeno, es probable que la presencia de otros microorganismos mitigue o exacerbe su impacto y, por lo tanto, debe considerarse parte del proceso de la enfermedad.
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Ejemplos de patobioma
Aunque el concepto de patobioma es relativamente nuevo en la patología vegetal, varios estudios han informado sobre enfermedades cuyos agentes causales son "complejos de enfermedades" de múltiples especies. Algunos ejemplos clásicos incluyen la necrosis de la médula del tomate, la pudrición blanda del brócoli y el declive de las vides jóvenes.
Estas enfermedades son causadas por más de una especie bacteriana o fúngica que están vinculadas a través de interacciones sinérgicas que afectan el desarrollo de la patología.
Los ejemplos de enfermedades poscosecha que involucran agentes causales de múltiples especies incluyen: pudrición de la corona del plátanoo, pudrición del extremo del tallo de la fruta del aguacate y el mango, y enfermedades de la fruta de la manzana que se originan de infecciones latentes de Colletotrichum spp. y Neofabraea spp.
La relación herida-patógeno es un sistema biológico interactivo cuyo resultado depende en gran medida del contexto ecológico en el que ocurre.
Importancia de las primeras etapas de la infección
La cantidad y la calidad de taxones microbianos residentes específicos en la herida se promueven en las primeras etapas de una infección (germinación de esporas y colonización inicial) y tienen un efecto directo y/o indirecto para facilitar la infección y el desarrollo de enfermedades.
Estos taxones podrían estar involucrados en la modulación de los factores de virulencia/patogenicidad en el patógeno al suprimir potencialmente la activación de las respuestas de resistencia del huésped responsables de los procesos de cicatrización de heridas.
También, se sugiere que taxones microbianos específicos faciliten la proliferación de patógenos a través de la exclusión competitiva de otros taxones que sean antagónicos al patógeno.
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Investigadores identificaron bacterias de las heridas en naranjas y evaluaron su efecto sobre la infección por P. digitatum y el desarrollo de la enfermedad en estas frutas. No se observó actividad antagónica contra el patógeno por ninguna de las cepas bacterianas que se aislaron.
También examinaron su impacto en la actividad antagónica del agente de biocontrol M. fructicola Los resultados indicaron que algunas de las cepas bacterianas redujeron significativamente la actividad inhibitoria del agente de biocontrol y promovieron la infección por P. digitatum desarrollando enfermedades en las heridas de la superficie de las frutas.
La mayoría de los taxones bacterianos que promovieron el desarrollo de enfermedades pertenecían a los géneros Bacillus, Acinetobacter y Pseudomonas
Estos resultados sugieren que taxones específicos de bacterias colonizadoras de heridas pueden suprimir posibles taxones antagónicos o interactuar con el patógeno para facilitar su establecimiento en la herida y posiblemente por estimular factores de patogenicidad.
Deben considerarse todos los factores del patosistema
Por otro lado, todos los factores potenciales en el patosistema deben ser considerados al desarrollar un modelo holístico del proceso de la enfermedad, incluidos los microorganismos (principalmente bacterias) que están específicamente asociados con taxones fúngicos.
La existencia de un bacterioma fúngico, que comprende bacterias que se encuentran tanto dentro como en estrecha asociación con las células de un huésped fúngico, es un concepto emergente
La secuenciación extensa de muestras ambientales y el análisis detallado de los genomas de hongos han indicado que la presencia de endobacterias no es un evento raro.
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La secuenciación genómica de ambos socios ha revelado una relación funcional que gobierna las estrategias de nutrientes y el desarrollo del hospedero. Bacterias endofúngicas que contribuyen a la virulencia del hongo hospedero
Un ejemplo de la asociación de endobacterias con patógenos fúngicos de plantas es la de Rhizopus microsporus, agente causal del tizón de la plántula de arroz, cuya patogenicidad se debe a la presencia del endosimbionte Burkholderia rhizoxinica.
Esta endobacteria afecta la reproducción vegetativa del huésped fúngico, regulando la formación de esporangios y esporas. Aunque el papel de las bacterias endo y exofúngicas no se comprende completamente, las evidencias sugieren que contribuyen a la aptitud de sus huéspedes fúngicos, y algunos estudios también han informado que las bacterias endofúngicas contribuyen a la virulencia de los hongos patógenos.
La asociación de bacterias con agentes de control biológico puede contribuir o dificultar el nivel de eficacia de diferentes cepas. El estudio de estas interacciones puede ser de gran importancia para explorar, desarrollar y mejorar la eficacia de las estrategias de biocontrol poscosecha
Mucho por saber sobre las interacciones mutuamente beneficiosas entre hongos y bacterias
Se están investigando las interacciones entre hongos y bacterias por su papel en la salud humana, la agricultura, la producción de alimentos y el funcionamiento de los ecosistemas, y se reconoce cada vez más que las interacciones mutuamente beneficiosas entre hongos y bacterias son omnipresentes
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Sin embargo, se sabe poco sobre los mecanismos subyacentes a las interacciones que se producen entre estos microorganismos.
Los análisis metagenómicos futuros, así como la transcriptómica y la metabolómica integrarán datos que permitirán predicciones y delinear las funciones realizadas por un microorganismo específico y su efecto estimulante/inhibidor sobre patógenos potenciales.
Tales predicciones pueden guiar el reclutamiento de microorganismos autóctonos con la capacidad de suprimir altas cargas de patógenos
La optimización de los resultados predecibles de dicha estrategia permitirá el desarrollo de enfoques novedosos para el manejo de enfermedades.
Fuente
Droby , S.; Zhimo, V Y.; Wisniewski, M.; Freilich, S. (2022). The pathobiome concept applied to postharvest pathology and its implication on biocontrol strategies
Postharvest Biology and Technology,189:111911
Imagen
https://portalcolecoes.inpa.gov.br/index.php/ultimas-noticias/2-uncategorised/12 5-quadrogeral Acceso el 21/11/2022.
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