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2021-06-10Los nutrientes a nanoescala pueden proteger a las plantas de las enfermedades fúngicas

Science News |Lo más probable es que la mayoría -si no todos- los productos de su cocina estén amenazados por enfermedades fúngicas. La amenaza se cierne sobre los alimentos básicos del mundo, como el arroz, el trigo, las patatas y el maíz (SN: 22/9/05). Los hongos patógenos también se acercan a nuestro café, caña de azúcar, plátanos y otros cultivos de importancia económica. Anualmente, las enfermedades fúngicas destruyen un tercio de las cosechas y suponen una grave amenaza para la seguridad alimentaria mundial.

Para frenar la propagación de enfermedades fúngicas, los agricultores fumigan el suelo con productos químicos tóxicos que arrasan con la tierra, sin dejar de lado ni siquiera a los microbios beneficiosos que pululan en ella. O bien aplican fungicidas a las plantas. Pero el uso de fungicidas sólo es eficaz a corto plazo, hasta que los hongos patógenos desarrollan resistencia contra estos productos químicos sintéticos.

Ahora, una nueva idea está echando raíces: Ayudar a las plantas a resistir dándoles las herramientas necesarias para librar sus propias batallas. Un equipo dirigido por Jason White, toxicólogo medioambiental de la Estación Experimental Agrícola de Connecticut, en New Haven, está fortificando los cultivos con nutrientes formados en paquetes de tamaño nanométrico, que refuerzan la inmunidad innata de las plantas contra los hongos patógenos con mayor eficacia que la alimentación tradicional de las plantas. En los últimos años, los investigadores han ideado varios brebajes de nanonutrientes que aumentan la resistencia a los hongos de la soja, los tomates, las sandías y, recientemente, las berenjenas, como se informa en la revista Plant Disease de abril.

El concepto "aborda el reto en su origen en lugar de intentar poner una tirita [al problema]", dice Leanne Gilbertson, ingeniera ambiental de la Universidad de Pittsburgh que no participó en la investigación. La estrategia de White proporciona a las plantas los nutrientes que necesitan para desencadenar la producción de enzimas que las protejan de los ataques patógenos. Sin introducir ningún producto químico sintético, la estrategia evita cualquier oportunidad de que los hongos malignos desarrollen resistencias, afirma.

El enfoque de los nanomateriales de los investigadores se inspira en su anterior descubrimiento de que las nanopartículas transportadas desde las raíces del maíz pueden volver a bajar desde las hojas. Los investigadores sumergieron la mitad de las fibras de la raíz de una sola planta de maíz en una formulación de nanopartículas de cobre y la otra mitad en agua pura. El cobre apareció en las raíces sumergidas en agua, lo que apunta a un viaje de ida y vuelta de las raíces a los brotes, informaron White y sus colegas en 2012 en Environmental Science & Technology. Ese hallazgo sugirió que las nanopartículas pueden aplicarse directamente a las hojas en primer lugar, incluso cuando el destino de las mismas eran las raíces.

El uso de las hojas como punto de entrada evita un problema perenne: el suministro de nutrientes disueltos a través del suelo es poco eficiente. Los productos químicos pueden descomponerse en el suelo, vaporizarse a la atmósfera o filtrarse. Sólo un 20% de los nutrientes regados llegan finalmente a las zonas objetivo de una planta. "Utilizando la forma a nanoescala, podemos suministrar [los nutrientes] de forma más eficaz donde queremos y donde la planta los necesita", afirma White.

Para comprobar si este enfoque podía suministrar los nutrientes necesarios específicamente para la defensa contra los hongos hostiles, White y sus colegas realizaron pruebas en berenjenas y tomates. El equipo roció nanopartículas metálicas en las hojas y los brotes de las plantas jóvenes, y luego infectó las plantas con hongos patógenos. Las plantas tratadas con nanopartículas tenían niveles elevados de metales nutritivos en las raíces y un mayor rendimiento de los productos en comparación con las plantas alimentadas con nutrientes fácilmente disueltos, informó el equipo en 2016 en Environmental Science: Nano.

Los investigadores descubrieron que las nanopartículas no dañaban a los hongos: Los hongos seguían prosperando en medio de las nanopartículas en el entorno sin la presencia de la planta huésped. En cambio, las propiedades antifúngicas de las nanopartículas se derivan de la provisión de nutrientes a la planta -equivalente a la toma de suplementos nutricionales por parte de los humanos- que permite a las plantas montar una defensa adecuada a demanda.

Lo que hace que los nanonutrientes sean más potentes que los fertilizantes comunes es el punto dulce de sus tamaños, que controlan la rapidez con la que se disuelven, dice Fabienne Schwab, química medioambiental que no participa en la investigación. Los nanonutrientes son miles de veces más pequeños que el diámetro de un cabello humano y miles de veces más grandes que las sales nutritivas de fácil disolución. Tienen una gran superficie expuesta, por lo que se disuelven más rápidamente que un trozo más grande del mismo nutriente. Sin embargo, los nanonutrientes son lo suficientemente grandes como para que no se disuelvan de golpe: pueden liberar los nutrientes gradualmente durante semanas. Por el contrario, los nutrientes que se disuelven fácilmente dan a las plantas un pico temporal de nutrientes, parecido a un subidón de azúcar.

"Cuando se utilizan [nutrientes] a nanoescala, se puede ajustar la solubilidad como se quiera", dice Schwab, del Instituto Adolphe Merkle de Friburgo (Suiza).

No sólo puede ajustarse el tamaño, sino que la forma, la composición y la química de la superficie pueden modificarse para estimular diferentes niveles de respuesta de las plantas. Por ejemplo, White y sus colaboradores descubrieron que las láminas de óxido de cobre nanométricas eran mejores que las nanopartículas de cobre esféricas para prevenir la infección por Fusarium virguliforme en la soja. La clave de su eficacia radica en que las nanoplanchas liberan más rápidamente los átomos de cobre cargados y se adhieren mejor a la superficie de las hojas. Los nanomateriales de cobre restablecieron la masa y la tasa de fotosíntesis de la soja hasta los niveles de las plantas libres de la enfermedad, informó el equipo en Nature Nanotechnology en 2020.

"Es una tecnología muy prometedora", dice Schwab, pero añade que hay otros aspectos a tener en cuenta antes de su aplicación. Para que la nanotecnología agrícola alcance un uso generalizado, tiene que respetar las normas medioambientales y de seguridad, así como -lo que quizá sea aún más difícil- superar la desconfianza de los consumidores. Hasta ahora, White y sus colaboradores no han encontrado nanonutrientes residuales en sus productos que puedan acabar en la mesa de los consumidores. Pero aún no se conocen del todo otras implicaciones, como la persistencia de los nanomateriales en el medio ambiente y los riesgos que suponen para las personas que los manipulan.

"La gente en general se pone nerviosa cuando se habla de nanotecnología y alimentos", dice White. Pero dice que su grupo no está utilizando ningún material exótico, cuyos impactos en la salud siguen siendo completos enigmas. En su lugar, "estamos utilizando nutrientes que las plantas necesitan [que] no pueden obtener en cantidad suficiente".

White dice que ha comido las berenjenas, los tomates y las sandías que ha cultivado para su investigación. Y tal vez ésa sea la mejor garantía que pueden obtener los consumidores: un toxicólogo probando el fruto literal de su trabajo.

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