Un equipo de investigación ha descubierto los mecanismos moleculares que explican de qué forma los parches de celulosa bacteriana estimulan la regeneración de heridas en plantas. El proceso, explican, requiere la activación simultánea de las vías de respuesta hormonales y de defensa. El hallazgo tiene implicaciones para las prácticas agrícolas.
Parche de celulosa bacteriana en una hoja de Nicotiana benthamiana | Crédito: CRAG.
Los parches de celulosa bacteriana pueden tener aplicaciones en injertos, podas y cortes para mejorar la cicatrización de heridas en las plantas. De hecho, también se usan en medicina para la curación de heridas por su alta biocompatibilidad.
Hace unos años, un equipo del ICMAB-CSIC y del Centre de Recerca en Agrigenomica (CRAG) desarrolló y patentó un método basado en biopolímeros de celulosa bacteriana para mejorar la formación de nuevas células y acelerar la curación de heridas en plantas. Sin embargo, hasta ahora no se había conseguido averiguar el porqué de la efectividad de la celulosa bacteriana.
Ahora, un estudio codirigido conjuntamente por investigadores del CRAG y del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP), con la participación de investigadores del ICMAB-CSIC, ha conseguido identificar por primera vez el mecanismo molecular preciso que subyace a este proceso. El trabajo se ha publicado en la revista Science Advances y cuenta también con la participación de la Universidad Estatal de Colorado.
La celulosa bacteriana, sintetizada por ciertas bacterias en forma de biofilm o biopelícula, consiste en fibras de celulosa extremadamente puras.
El equipo aplicó parches de celulosa bacteriana en heridas de hojas de las plantas modelo Nicotiana benthamiana y Arabidopsis thaliana, modelos habituales de laboratorio. Tan sólo dos días después, observaron que se habían formado nuevas células a ambos lados del corte. Siete días después, las heridas en las plantas se habían cerrado completamente.
Este proceso de cicatrización de heridas fue promovido por la celulosa bacteriana pero no por otras matrices estructuralmente similares como la celulosa vegetal, probadas en el experimento, lo que indica que la primera tiene características específicas. Asimismo. los científicos descubrieron que los parches de celulosa bacteriana contienen citoquininas, una clase de hormonas involucradas en el desarrollo de las plantas. También vieron que en las plantas con una señalización defectuosa de las citoquininas -y por tanto incapaces de interaccionar o responder a las citoquininas- no cicatrizaron de la misma forma. Eso, “confirma que las citoquininas son cruciales para desencadenar la regeneración", explica Nerea Ruiz-Solaní, coautora del estudio.
El equipo también identificó la producción de estrés oxidativo en las zonas lesionadas tras la aplicación de celulosa bacteriana. Análisis genómicos y bioinformáticos permitieron a los científicos identificar los genes específicos implicados en el proceso, que son genes típicamente asociados a las respuestas bióticas, es decir, a los mecanismos de defensa contra patógenos.
«La celulosa bacteriana desencadena un programa transcripcional único que difiere de la regeneración típica inducida por heridas y callos», afirma Miguel Moreno-Risueño, colíder del estudio y experto en regeneración vegetal del CBGP.
Los investigadores destacan que es la activación simultánea de las vías de señalización de citoquininas y de defensa lo que da lugar a la regeneración del tejido, un hallazgo novedoso ya que estos mecanismos se habían estudiado previamente de forma independiente. Sin embargo, se requiere más investigación para dilucidar de forma exhaustiva los mecanismos que conducen a la activación del ciclo celular y la diferenciación durante la regeneración.
Núria Sánchez Coll, investigadora CSIC en el CRAG y colíder del trabajo, destaca el carácter colaborativo de esta investigación: "Este proyecto ha impulsado colaboraciones muy interesantes con otros grupos de investigación y con la industria, abriendo el camino para futuros estudios sobre los mecanismos de regeneración en plantas y sus potenciales aplicaciones biotecnológicas".
La investigación tiene implicaciones significativas para las prácticas agrícolas, incluida la cicatrización de heridas para prevenir infecciones, así como aplicaciones en injertos, poda y cuidado de plantas ornamentales, particularmente en viñedos, cultivo de rosas o producción de pino piñonero.
Este trabajo se inició en 2016 con diferentes proyectos conjuntos entre los grupos de investigación de Núria Sánchez Coll, investigadora del CSIC en el CRAG, y Anna Laromaine, investigadora del ICMAB-CSIC, en colaboración con empresas como AGROMILLORA y Forestal Catalana S.A. (proyectos Plant Healing y Plant Nanohealing), que permitieron realizar ensayos de campo preliminares.
No obstante, todavía se necesitan más estudios en condiciones de campo para confirmar la eficacia de los parches de celulosa bacteriana en injertos. Además, es fundamental disponer de más recursos para la transferencia tecnológica que permitan cerrar la brecha entre la investigación fundamental y el sector productivo, lo que podría tener importantes repercusiones económicas.
Artículo de referencia
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