Investigadores de la UNC crean un microchip para ver cómo «nadan» las bacterias del suelo
El dispositivo presenta canales microscópicos que imitan la porosidad de la tierra. Permite estudiar microorganismos que ayudan a fijar el nitrógeno en cultivos como la soja y el maní. El hallazgo es el primer paso para mejorar los biofertilizantes y reducir el uso de agroquímicos. [21.05.25]
Lucas Viano
Redacción UNCiencia
Secretaría de Ciencia y Tecnología – UNC
lucas.viano@unc.edu.ar
Las bacterias se mueven. “Nadan” entre los diminutos granos del suelo. Estudiar esta movilidad puede ayudar a mejorar los biofertilizantes de cultivos económicamente importantes como la soja y el maní. Pero, para los científicos siempre fue complejo investigar esto en el laboratorio.
Hasta que científicas y científicos de la Universidad Nacional de Córdoba, en cooperación con colegas de la Universidad Nacional de la Plata y de Chile crearon un microchip con canales microscópicos que imitan los poros del suelo.
Algunas plantas necesitan de bacterias para fijar el nitrógeno atmosférico y poder crecer más y mejor. Pero, ¿cómo es que las bacterias y raíces de las plantas se acercan y unen para producir esta simbiosis?
Allí es donde entra en acción el microchip diseñado por investigadoras, investigadores y alumnos de la Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación (Famaf) de la UNC.
Gracias a este dispositivo descubrieron que las bacterias Bradyrhizobium diazoefficiens que cuentan con dos sistemas de flagelos (una especie de brazos/colas para “nadar”), no necesariamente se mueven mejor que las que tienen un solo sistema de movilidad, cuando están confinadas en los poros más pequeños que se forman en los suelos.
“Se creía que los flagelos laterales ayudaban a nadar en espacios angostos. Pero vimos que no: bajo confinamiento, nadan igual que las otras con un solo flagelo trasero. Tal vez esos flagelos sirven para otra cosa, como arrastrarse cuando el suelo se seca”, señala Verónica I. Marconi, profesora e investigadora en la Famaf y el Conicet, dentro del Instituto de Física Enrique Gaviola (IFEG).
Y agrega: “Esto es un pasito, pero es un resultado importante que puede abrir muchas puertas para seguir. Los investigadores de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP) estudian estas bacterias desde hace 30 años y es la primera vez que pueden verlas así en acción”.
De la ciencia básica a la ciencia aplicada
Marconi es experta en microfluídica, un área de la Física que ha generado importantes avances en biología y medicina en los últimos años. Se estudia el comportamiento de los fluidos en volúmenes diminutos, donde los líquidos y gases funcionan diferente que cuando utilizamos la manguera para regar o queremos llenar el tubo de GNC.
La investigadora trabaja en aspectos básicos de esta área desde hace años. En un viaje a Chile vio a la colega María Luisa Cordero trabajar en un dispositivo similar al creado por ella. “¡Eso se parece a un suelo!’”, dijo, y allí comenzó este desarrollo más aplicado.
La idea surgió de la UNC y la fabricación se realizó en conjunto con un laboratorio de Chile, que contaba con los equipos necesarios.
Cada microchip es más pequeño que la yema de un dedo y es transparente. En su interior tiene canales que imitan diferentes porosidades del suelo. Los canales pueden tener de ancho menos de un décimo del grosor de un pelo, esto es, 10 micras. Las bacterias del suelo miden una micra (1/100 el grosor del pelo).
Un ejemplo de lo diferente que se comportan los fluidos a esta escala: se necesitan horas para llenar cuidadosamente con una suspensión de bacterias los diminutos canales del microchip. Una vez llenado, con un microscopio se puede ver en vivo cómo se mueven las bacterias. Un software especial, desarrollado en Famaf, el biotracker, permite seguir el movimientos de los microorganismos.
Hasta ahora, las bacterias eran estudiadas en tubos de ensayos y a escala macroscópica. Pero este dispositivo, creado a lo largo de diez años de trabajo interdisciplinario, cambia las reglas del juego: permite verlas moverse en condiciones similares a las naturales.
Suelos artificiales transparentes. Detalles del microchip que imita la porosidad del suelo y vista del microscopio de los canales del dispositivo.
“Nunca nadie había hecho un seguimiento así del movimiento de estas bacterias microconfinadas. Lo que existía era prueba y error: ponían bacterias en un tubo y se analizaban cuántas iban de un lado a otro. Era una caja negra”, señala Marconi.
A partir de este conocimiento la ciencia podría realizar modificaciones genéticas en estas bacterias y producir mejores biofertilizantes. Así se evitaría reducir la aplicación de químicos, que tienen un mayor impacto ambiental.
Anibal Lodeiro, investigador del Instituto de Biotecnología y Biología Molecular (Universidad Nacional de la Plata y Conicet) y tambien autor de la publicación científica, asegura que la mejor comprensión de la movilidad de las bacterias en el suelo puede guiar dos aspectos claves: la composición de los medios de cultivo en los cuales se hace crecer a la bacteria y cómo aplicar el inoculante en los cultivos.
“La manera en que se inoculan las bacterias determina cuánto tendrán que trasladarse en el suelo para alcanzar las raíces. Observamos que la inoculación en el surco de siembra es más favorable que la inoculación en las semillas, pero debe desarrollarse una tecnología de inoculación en el surco, cuyo costo no supere al de la inoculación en semillas” explica.
Prioridad en la formación de más científicos
El equipo de trabajo no patentó el microchip porque está formado por muchos jóvenes que necesitan publicaciones de calidad y reconocidas para conseguir trabajo y las patentes llevan muchos años, lo cual puede retrasar la formación de recursos humanos.
Además de su aplicación para una agronomía sustentable, Marconi y su equipo han desarrollado tecnologías para estudiar la microfluídica en otras áreas como la selección de espermatozoides para la reproducción asistida, con el trabajo de las tesistas doctorales Marina Palacio, Matias Bettera e Iván Berdakin.
Su equipo también desarrolló un software propio para realizar el seguimiento de bacterias muy pequeñas que los programas existentes no podían detectar. Y está investigando los microgeles y el drug delivery. Varias empresas ya han demandado este servicio. En estos proyectos están participando jóvenes tesistas de grado como Ian Roldan García y Tobías Loggia.
El equipo que desarrolló el microchip estuvo integrado en su mayoría por mujeres y dirigido por mujeres. Marconi quiere remarcar este hecho, sobre todo teniendo en cuenta el esfuerzo ya que buena parte de la investigación la realizaron mientras tres de ellas estaban embarazadas.
Cordero, Marconi, Montagna y Pires Monteiro las cuatro científicas autoras del trabajo.
En tanto, Lodeiro reconoce los desafíos del trabajo interdisciplinario e interinstitucional. “Los problemas del medio natural no se restringen a una única disciplina, por lo tanto, siempre requieren de la participación de especialistas diversos. Sin embargo, este enfoque es más difícil ya que hay que integrar los lenguajes y modos de trabajo de las distintas disciplinas”, cuenta.
Sin embargo, destaca que, como el desarrollo surgió de instituciones de Argentina y América latina, permite enfocarse en los problemas con perspectiva propia y poniendo el énfasis en aquellos aspectos más importantes para la región.
Finalmente, Marconi reflexiona: «Es importante mostrar que la universidad pública puede lograr este tipo de desarrollos. Esto salió con años de esfuerzo colaborativo entre colegas, becarios, viajes, subsidios de UNC, Conicet, Foncyt y generó formación de muchos recursos humanos y conocimiento que puede mejorar directamente la producción local».
Autores de la UNC: Nahuel Gutiérrez, Sofía Montagna y Verónica I. Marconi (Famaf)
Otros autores: Moniellen Pires Monteiro, Juan Pablo Carrillo-Mora y María Luisa Cordero (Universidad de Chile). Aníbal Lodeiro (Universidad Nacional de La Plata).
