Ahora es posible detectar infecciones en nuestras plantas antes de que sean visibles.
Por James Ashworth, Museo de Historia Natural
Al identificar el ADN de las esporas que flotan en el aire, se espera que una nueva tecnología llamada AirSeq pueda ayudar a los agricultores a combatir las enfermedades de los cultivos de manera más efectiva y utilizando menos productos químicos.
El ADN transportado por el aire podría ser crucial para proteger nuestra seguridad alimentaria.
Cada año, hasta el 40% de los cultivos del mundo se pierden a causa de plagas y enfermedades, lo que cuesta a los agricultores cientos de miles de millones de libras. Cada año se utilizan en todo el mundo más de 4 millones de toneladas métricas de pesticidas agrícolas para intentar eliminar estas amenazas, que afectan al suelo, al agua e incluso a nosotros mismos.
En muchos casos, los pesticidas tienen poco efecto para detener las infecciones. Muchas enfermedades solo se detectan cuando las plantas comienzan a mostrar síntomas, momento en el que suele ser demasiado tarde para salvarlas.
Ahora, investigadores del Museo de Historia Natural y del Instituto Earlham han desarrollado una nueva forma de detectar estas infecciones antes de que se conviertan en un problema. El dispositivo, conocido como AirSeq, aspira miles de litros de aire para identificar los fragmentos de ADN que indican la presencia de hongos que causan enfermedades.
Las pruebas realizadas en el este de Inglaterra han demostrado que AirSeq puede rastrear cómo fluctúan los niveles de este ADN a lo largo del año. El Dr. Matt Clark, uno de los coautores de la nueva investigación, dice que esto podría permitir a los agricultores tomar medidas cuando el riesgo de infección es mayor.
«Actualmente, los agricultores rocían sus cultivos con fungicidas para que sus plantas sean inhóspitas ante posibles infecciones fúngicas», afirma Matt. «Pero como los distintos cultivos son resistentes a distintas cepas de patógenos, esto no siempre es necesario».
«AirSeq puede detectar qué esporas están presentes y qué tan abundantes son, lo que permitiría a los agricultores saber si necesitan o no usar fungicidas. Esto significa que los agricultores pueden rociar sus cultivos de manera más eficiente, ahorrándoles dinero y promoviendo una agricultura más sostenible».
Los resultados del estudio fueron publicados en la revista Current Biology .
El creciente riesgo de enfermedades fúngicas
Hace unos cientos de años, la agricultura era muy diferente a la actual. Los agricultores cultivaban una mezcla de distintos cultivos en áreas de tierra relativamente pequeñas. Esta variedad de cultivos significaba que las granjas eran más resistentes a posibles enfermedades, pero a costa de menores rendimientos.
En la actualidad, muchos campos son monocultivos en los que los agricultores cultivan una sola especie en una gran superficie. Si bien esto hace que la agricultura sea más eficiente, aumenta el riesgo de enfermedades. Las infecciones pueden propagarse como un reguero de pólvora a través de las plantas, especialmente en plantas que tienen una genética muy similar.
Los hongos son una de las causas más importantes de infecciones en las plantas. Las enfermedades fúngicas, como la roya del tallo y la tizón foliar, matan una gran cantidad de cultivos y se estima que las pérdidas son suficientes para alimentar a entre 600 y 4 mil millones de personas durante un año entero.
Se espera que estas pérdidas aumenten como resultado del cambio climático, lo que hace que combatir las enfermedades fúngicas sea más importante que nunca. Sin embargo, el uso de más productos químicos no es la respuesta. Al igual que las bacterias se vuelven inmunes a los antibióticos, los hongos también pueden volverse resistentes a los fungicidas.
«Si se abusa de los fungicidas, los hongos que sobreviven pueden desarrollar inmunidad a ellos», explica Matt. «Algunos fungicidas también pueden afectar la producción de hormonas en los animales, por lo que aumentar su uso también podría representar un riesgo para nuestra salud».
«Como consecuencia de ello, algunos fungicidas clave están siendo prohibidos en la UE. A medida que se vayan eliminando gradualmente estos productos químicos, será aún más importante utilizar las opciones restantes con moderación para evitar la resistencia a los fungicidas».
Cuestiones como estas inspiraron al equipo a desarrollar la tecnología AirSeq. Lo que comenzó como un proyecto para examinar cómo se movían las esporas entre los campos se convirtió en un monitoreo activo de enfermedades de los cultivos a través de su ADN transmitido por el aire.
¿Qué puede hacer AirSeq?
AirSeq funciona aspirando aire a través de una serie de filtros, y las partículas transportadas por el aire terminan en un líquido colector. Luego, este líquido se concentra y se utiliza para la extracción y secuenciación de ADN para averiguar qué había en el aire.
Para demostrar que podía funcionar, el equipo primero probó la capacidad de AirSeq para detectar la bacteria Bacillus thuringiensis (Bt) en un túnel de viento. La bacteria se liberó en el aire en niveles gradualmente más altos, a medida que el dispositivo capturaba niveles cada vez mayores de ADN de Bt y los detectaba mediante secuenciación.
Después de probar la tecnología en un entorno controlado , llegó el momento de probar AirSeq en el campo. El dispositivo tomó muestras del aire alrededor de los campos de trigo, cebada y guisantes durante un mes y medio para ver qué podía detectar.
«Nuestro enfoque consiste en secuenciar todo lo que hay en el aire, en lugar de centrarnos en determinados genes o secuencias», explica Matt. «Si sólo secuenciamos determinados genes o especies, es posible que pasemos por alto lo que no se busca».
«Este método puede detectar cualquier cosa, incluso cepas nuevas e inesperadas de enfermedades. A largo plazo, podría permitirnos ver cómo evolucionan estos patógenos».
El ensayo AirSeq reveló ADN de una variedad de enfermedades diferentes, incluidas las causadas por hongos y bacterias. Entre ellas se encontraban enfermedades comunes del trigo en el Reino Unido, como el mildiú polvoroso y la septoriosis de las hojas, así como otras menos comunes, como la roya del tallo.
Los niveles de patógenos parecían estar asociados con el clima y el tiempo, y una mayor humedad y precipitaciones estaban vinculadas a un aumento de las esporas de hongos.
El equipo espera ahora seguir desarrollando AirSeq hasta el punto en que pueda implementarse entre los agricultores de todo el mundo. Su objetivo final es producir un dispositivo autónomo que pueda monitorear constantemente el aire para detectar signos de enfermedades.
Esto podría ayudar a los agricultores a tomar medidas específicas para reducir las pérdidas de cultivos y contribuir así a reducir el hambre en el mundo.
Más información: Michael Giolai et al, Medición de la diversidad metagenómica del aire en un ecosistema agrícola, Current Biology (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2024.07.030
