Un equip de recerca ha descobert els mecanismes moleculars que expliquen com els pegats de cel·lulosa bacteriana estimulen la regeneració de ferides en plantes. El procés, expliquen, requereix activar simultàniament les vies de resposta hormonals i de defensa. La troballa té implicacions per a les pràctiques agrícoles.

Pegat de cel·lulosa bacteriana en una fulla de Nicotiana benthamiana | Crèdit: CRAG.

Els pegats de cel·lulosa bacteriana poden tenir aplicacions en empelts, podes i talls per millorar la cicatrització de ferides a les plantes. De fet, també es fan servir en medicina per a la curació de ferides per la seva alta biocompatibilitat. 

Fa uns anys, un equip de l'ICMAB-CSIC i del Centre de Recerca a Agrigenòmica (CRAG) va desenvolupar i patentar un mètode basat en biopolímers de cel·lulosa bacteriana per millorar la formació de noves cèl·lules i accelerar la curació de ferides en plantes. Tot i això, fins ara no s'havia aconseguit esbrinar el perquè de l'efectivitat de la cel·lulosa bacteriana.

Ara, un estudi codirigit conjuntament per investigadors del CRAG i del Centre de Biotecnologia i Genòmica de Plantes (CBGP), amb la participació d'investigadors de l'ICMAB-CSIC, ha aconseguit identificar per primer cop el mecanisme molecular precís subjacent a aquest procés. El treball s'ha publicat a la revista Science Advances i compta també amb la participació de la Universitat Estatal de Colorado.

La cel·lulosa bacteriana, sintetitzada per certs bacteris en forma de biofilm, consisteix en fibres de cel·lulosa extremadament pures.

L'equip va aplicar pegats de cel·lulosa bacteriana en ferides de fulles de les plantes Nicotiana benthamiana i Arabidopsis thaliana, models habituals de laboratori.  Només dos dies després, van observar que s'havien format noves cèl·lules a banda i banda del tall. Set dies després, les ferides a les plantes s'havien tancat completament.

Aquest procés de cicatrització de ferides va ser promogut per la cel·lulosa bacteriana però no per altres matrius estructuralment similars com la cel·lulosa vegetal, provades a l'experiment, cosa que indica que la primera té característiques específiques.

Així mateix, els científics van descobrir que els pegats de cel·lulosa bacteriana contenen citoquinines, una classe d'hormones involucrades en el desenvolupament de les plantes. També van veure que a les plantes amb una senyalització defectuosa de les citoquinines -i per tant, incapaces d'interaccionar o respondre a les citoquinines- no van cicatritzar de la mateixa manera. Això, “confirma que les citoquinines són crucials per desencadenar la regeneració”, explica Nerea Ruiz-Solaní, coautora de l'estudi.

L'equip també va identificar la producció d'estrès oxidatiu a les zones lesionades després de l'aplicació de cel·lulosa bacteriana. Les anàlisis genòmica i bioinformàtica van permetre als científics identificar els gens específics implicats en el procés, que són gens típicament associats a les respostes biòtiques, és a dir, als mecanismes de defensa contra patògens.

«La cel·lulosa bacteriana desencadena un programa transcripcional únic que difereix de la regeneració típica induïda per ferides i tripes», afirma Miguel Moreno-Risueño, colíder de l'estudi i expert en regeneració vegetal del CBGP.

Els investigadors destaquen que és l'activació simultània de les vies de senyalització de citoquinines i de defensa el que desencadena la regeneració del teixit, una nova troballa ja que aquests mecanismes s'havien estudiat prèviament de forma independent. Tanmateix, cal més investigació per dilucidar de manera exhaustiva els mecanismes que condueixen a l'activació del cicle cel·lular i la diferenciació durant la regeneració. 

Núria Sánchez Coll, investigadora del CSIC al CRAG i colíder del treball, destaca el caràcter col·laboratiu d'aquesta investigació: "Aquest projecte ha impulsat col·laboracions molt interessants amb altres grups de recerca i amb la indústria, obrint el camí per a futurs estudis sobre els mecanismes de regeneració en plantes i les seves potencials aplicacions biotecnològiques".

La investigació té implicacions significatives per a les pràctiques agrícoles, inclosa la cicatrització de ferides per prevenir infeccions, així com aplicacions en empelts, poda i cura de plantes ornamentals, particularment en vinyes, cultiu de roses o producció de pi pinyer. 

Aquest treball es va iniciar el 2016 amb diferents projectes conjunts entre els grups de recerca de Núria Sánchez Coll, del CSIC i el CRAG,  i Anna Laromaine, investigadora de l'ICMAB-CSIC, en col·laboració amb empreses com AGROMILLORA i Forestal Catalana S.A. (projectes Plant Healing i Plant Nanohealing), que van permetre realitzar assaigs de camp preliminars.

No obstant això, encara es necessiten més estudis en condicions de camp per confirmar l'eficàcia dels pegats de cel·lulosa bacteriana en empelts. A més, és fonamental disposar de més recursos per a la transferència tecnològica que permetin tancar la bretxa entre la investigació fonamental i el sector productiu, cosa que podria tenir importants repercussions econòmiques.

Article de referència

Nerea Ruiz-Solaní , Alejandro Alonso-Díaz , Montserrat Capellades, Laura Serrano-Ron, Miquel Ferro-Costa, Álvaro Sanchez-Corrionero, Agnese Rabissi, Cristiana T. Argueso, Ignacio Rubio-Somoza, Anna Laromaine, Miguel A. Moreno-Risueno, Núria S. Coll. Exogenous bacterial cellulose induces plant tissue regeneration through the regulation of cytokinin and defense networks. Science Advances, 2025 https://doi.org/10.1126/sciadv.adr1509