Ecological and biotechnological significance of Bacillus Velezensis UMAF6639 bioactive molecules

Abstract

El crecimiento poblacional y la necesidad de una producción agrícola sostenible exigen soluciones innovadoras que no afecten el equilibrio ecológico. El uso excesivo de fertilizantes y pesticidas ha mejorado la productividad, pero ha generado problemas ambientales como la degradación del suelo y la aparición de patógenos resistentes. En este contexto, los microorganismos asociados a plantas se presentan como una alternativa viable, con beneficios como el control biológico de enfermedades y la mejora del crecimiento vegetal. Dentro de estos microorganismos, las bacterias del género Bacillus, especialmente Bacillus velezensis, han mostrado un gran potencial. Estas bacterias producen metabolitos secundarios con actividad biológica, incluyendo antimicrobianos y hormonas vegetales. Además, forman biopelículas que favorecen la colonización de superficies vegetales y generan esporas para resistir condiciones adversas. Uno de los ejemplos más prometedores es la cepa B. velezensis UMAF6639, que ha demostrado una gran capacidad de antagonismo frente a fitopatógenos y estimulación del crecimiento vegetal. Esta bacteria produce lipopéptidos cíclicos con actividades antifúngicas e inmunoestimulantes, destacando las iturinas, fengicinas y surfactinas. A través de técnicas como la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC), se logró purificar y caracterizar estas moléculas, determinando que su producción en proporciones fisiológicas es clave para su eficacia. El estudio también reveló que ciertos análogos de lipopéptidos aumentan la población de B. velezensis y estimulan la producción de exopolisacáridos, lo que mejora su persistencia en la rizosfera. Además, interacciones con otros microorganismos pueden modificar la producción de estos compuestos, como ocurre en la relación entre Bacillus y Pseudomonas, donde se incrementa la producción de surfactina.

Más allá de los lipopéptidos, la investigación identificó nuevas moléculas bioactivas en el sobrenadante de B.velezensis UMAF6639, destacando el uracilo. Esta molécula, además de su papel en la síntesis de ADN, mostró actividad antifúngica frente a Botrytis cinerea y efectos positivos en el crecimiento radicular de diversas especies vegetales, especialmente el maíz. El tratamiento con uracilo indujo cambios estructurales en las semillas, facilitando la absorción de agua y modificando su composición bioquímica. Estudios transcriptómicos revelaron que este compuesto estimula la replicación del ADN y la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS), las cuales promueven la germinación y el desarrollo radicular sin causar estrés oxidativo. Además, el uracilo parece modular el equilibrio entre las vías de señalización TOR y SnRK1, responsables del crecimiento y la respuesta a estrés en plantas. Esto sugiere que podría actuar como un regulador del desarrollo vegetal, promoviendo un crecimiento más robusto y una mayor tolerancia a condiciones adversas, como la sequía. En conclusión, el estudio de B. velezensis UMAF6639 y sus metabolitos ofrece nuevas estrategias para el control biológico y la promoción del crecimiento vegetal. La caracterización de lipopéptidos y la identificación del uracilo como modulador del desarrollo radicular abren nuevas perspectivas para aplicaciones biotecnológicas en la agricultura sostenible.