Manipulación genética para atenuación de virulencia en cepas de Burkholderia con potencial de biocontrol
El género Burkholderia contiene a varias especies con grandes capacidades para la biosíntesis de compuestos antibacterianos y antifúngicos, lo cual representa un potencial para el biocontrol de patógenos en el sistema planta-suelo-microorganismo; lamentablemente, varias de las especies del género han sido reportadas como patógenos de humanos, plantas y animales. Burkholderia ambifaria es un agente de biocontrol poco estudiado de forma metabólica y genómica en términos de producción de metabolitos secundarios con actividad antimicrobiana y de la presencia de clusters de genes biosintéticos y al igual que los demás miembros del género cuenta con una estructura genómica organizada en replicones.
En este trabajo se analiza el pangenoma y genoma núcleo, así como la minería genómica y caracterización de metabolitos secundarios de 64 cepas de Burkholderia ambifaria, de las cuales 8 han sido probadas como agentes de biocontrol y el resto han sido aisladas de sistemas de plantas, suelos y humanos con infecciones. Aunado a esto, realizan pruebas de biocontrol contra un hongo patógeno de plantas usando una cepa silvestre y dos mutantes; una con una deleción en el gen ccnJ, encargado de la producción de cepacina y otra deletada del tercer replicón.
En 63 de las especies se encontraron la estructura de 3 replicones genómicos, típicos en este tipo de bacterias; dentro de los cuales se predijeron 1272 BCGs que conformaban a 38 familias de BCGs. Pirrolnitrina, fue el BCG que resultó estar presente en todas las cepas y ninguna cepa contuvo a los 7 BCGs conocidos hasta el momento pero más de la mitad de las cepas tenían al menos 4 presentes. La presencia de estos clusters fue correlacionada con la producción de los metabolitos; en particular encontraron la producción de cepacina A en la cepa J82, cuyo BCG no había sido detectado inicialmente in silico y fue identificado por la búsqueda de genes de quorum sensing (LuxR), los cuales están involucrados en la regulación de la producción de este tipo de compuestos.
Las pruebas de antibiosis de las cepas mostraron inhibición de crecimiento en distintas cepas de bacterias y hongos, en particular un oomiceto (Pythium ultimum), con el cual se probó la actividad de biocontrol usando las cepas silvestres y mutantes de B. ambifaria in planta, con un experimento de mesocosmos, en el cual se infecta suelo con el hongo. En este caso encontraron que la cepa silvestre era capaz de mejorar la supervivencia de las plantas, confiriendo protección contra el patógeno. La mutante deletada del tercer replicón mostró tener un efecto protector similar a la cepa silvestre y la cepa con la deleción en ccnJ perdió la capacidad de controlar la infección, lo cual pone en evidencia el rol de la producción de cepacina en el biocontrol.
Finalmente, las mismas cepas son probadas en ratas para observar la virulencia y patogenicidad de las mismas y encontraron que la deleción del tercer replicón disminuye éstas características. Dicho replicón es considerado como un plásmido de virulencia.
En conclusión, el trabajo muestra que es posible utilizar y manipular nuevas o distintas cepas como agentes de biocontrol por ser consideradas como riesgos sanitarios, las cuales podrán seguir confiriendo un efecto benéfico en la agricultura una vez atenuada la virulencia.
Referencia
Mullins, A. J., Murray, J. A., Bull, M. J., Jenner, M., Jones, C., Webster, G., … & Challis, G. L. (2019). Genome mining identifies cepacin as a plant-protective metabolite of the biopesticidal bacterium Burkholderia ambifaria. Nature Microbiology, 1.
