Equipos científicos del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio, CSIC-UV), del Instituto de Agricultura Sostenible (IAS, CSIC) y de la Universidad Cardenal Herrera-CEU han identificado nuevas funciones en el metabolismo de Xylella fastidiosa, el patógeno responsable de graves enfermedades en cultivos.
La presencia de esta bacteria ha provocado importantes daños en explotaciones agrícolas del entorno mediterráneo, como la destrucción masiva de olivares en la región italiana de Puglia o el deterioro de plantaciones de almendros en Alicante, según ha detallado la Universitat de València en un comunicado.
Comprender en profundidad la biología de este microorganismo resulta fundamental para explicar cómo consigue sobrevivir en el xilema, un entorno muy pobre en nutrientes, y de qué manera es capaz de bloquear los vasos de las plantas hasta causar síntomas de decaimiento y una notable merma en la producción. Los hallazgos del estudio se han dado a conocer en la revista Microbiological Research.
Con el objetivo de desentrañar cómo obtiene energía y es capaz de multiplicarse en unas condiciones tan restrictivas, el equipo ha reconstruido el “mapa metabólico” más exhaustivo elaborado hasta la fecha para Xylella fastidiosa. Este modelo recoge las reacciones químicas que emplea la bacteria para mantenerse activa y ha permitido detectar un mecanismo inédito hasta ahora para utilizar el acetato, una molécula sencilla presente en el xilema, como única fuente de alimento.
El trabajo también demuestra, por primera vez, que esta bacteria fitopatógena produce poliaminas, unas moléculas que podrían estar relacionadas con su capacidad de infectar plantas.
La investigación integra herramientas de biología de sistemas, que posibilitan simular el funcionamiento del metabolismo a partir de datos genómicos, con ensayos experimentales en el laboratorio. Para levantar el mapa metabólico, los científicos han combinado la información genética compartida por 18 cepas representativas de cinco subespecies de Xylella fastidiosa, lo que ha permitido detectar las funciones metabólicas esenciales comunes a toda la especie.
Una vía alternativa para vivir solo con acetato
Entre las conclusiones más destacadas, el modelo metabólico plantea una posible solución a un enigma que seguía sin aclararse: la capacidad de Xylella fastidiosa para crecer utilizando exclusivamente acetato como fuente de carbono.
Las rutas conocidas que permiten este proceso en otras bacterias no se encuentran en este fitopatógeno, pero el modelo sugiere un mecanismo alternativo compatible con la información genómica disponible, que deberá ser verificado en próximos experimentos.
“La modelización metabólica nos ha permitido conectar piezas que, analizadas de manera aislada, no ofrecían una explicación coherente. Este tipo de herramientas son especialmente útiles para descubrir mecanismos biológicos que después pueden validarse en el laboratorio”, explica el equipo investigador.
Primera evidencia de producción de poliaminas
Otro resultado relevante del estudio es la constatación, por primera vez, de que Xylella fastidiosa sintetiza poliaminas. Estas moléculas intervienen en numerosos procesos celulares y, en otras bacterias fitopatógenas, se han vinculado con la formación de biofilms, la resistencia frente a las defensas de las plantas y la capacidad de colonizar a sus huéspedes.
El modelo computacional ya preveía esta capacidad, y los ensayos realizados con distintas cepas de la bacteria han confirmado la producción de tres poliaminas diferentes. Los datos apuntan, además, a que estas moléculas podrían estar especialmente relacionadas con el crecimiento en forma de biofilm, el estado en el que la bacteria ocupa los vasos conductores de las plantas y también los insectos que actúan como vectores.
El equipo investigador considera que este hallazgo abre una nueva línea de trabajo sobre el papel de las poliaminas en la patogénesis de Xylella fastidiosa y en su interacción con las especies vegetales que infecta.
Además de aportar nuevas hipótesis sobre la biología de la bacteria, el modelo metabólico ha permitido definir medios de cultivo mínimos basados en predicciones computacionales que se han validado experimentalmente. Estas formulaciones suponen una herramienta adicional para facilitar el estudio de un microorganismo especialmente complejo de cultivar en el laboratorio, una dificultad que ha limitado durante décadas el avance del conocimiento sobre este patógeno.
Profundizar en el metabolismo de Xylella fastidiosa es esencial para anticipar su comportamiento en las plantas, localizar posibles puntos débiles y orientar futuras estrategias de control. Aunque este trabajo no ofrece soluciones inmediatas, sienta una base sólida para diseñar en el futuro intervenciones mejor fundamentadas frente a un patógeno con un impacto socioeconómico considerable en la cuenca mediterránea.
Los autores subrayan que el estudio ilustra el potencial de la biología de sistemas para acelerar el avance científico. La integración de datos genómicos, simulaciones por ordenador y experimentación permite entender con mayor detalle el funcionamiento de los patógenos vegetales e identificar nuevas dianas de investigación que, a largo plazo, podrían contribuir al desarrollo de estrategias más eficaces para controlar las enfermedades que provocan.