Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 1 6(14): 95-111 2015 Ideas y conceptos de la formación de Biopelículas en la acción de las Rizobacterias Promotoras del Crecimiento Vegetal. Ideas and concepts of biofilm formation in action Plant Growth Promoting Rhizobacteria. Miriam Vega Hernández, Angel Silveti Loeza, Janette Arriola Morales, Gabriela Pérez Osorio, José Carlos Mendoza Hernández. Facultad de Ingeniería Química, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Av. San Claudio esq. 18 sur, Jardines de San Manuel, 72570, Puebla, Puebla, México. miriam.vegahe@correo.buap.mx RESUMEN. Entre la diversa microflora del suelo, las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR, por sus siglas en inglés) son un grupo heterogéneo de bacterias que pueden crecer en, sobre o alrededor de los tejidos de la raíz de la planta, estimulando el crecimiento de plantas directa o indirectamente. Estas juegan un papel importante en el crecimiento vegetal a través de la producción y liberación de metabolitos secundarios, que disminuyen o previenen los efectos perjudiciales de los organismos fitopatógenos en la rizosfera logrando la disponibilidad y absorción de ciertos nutrientes. Lo anterior es logrado por la formación de biopelículas en la rizosfera la cual presenta ventajas sobre el modo planctónico de las bacterias. Se ha demostrado in vitro que las biopelículas pueden ser de utilidad para aumentar el rendimiento de los cultivos, a través de una serie de mecanismos de crecimiento de las plantas; así como biofertilizantes, mejorando de la fijación de nitrógeno y la producción de micro y macro nutrientes. Las biopelículas de PGPR pueden ser manipuladas para lograr nuevos resultados en la agricultura por lo tanto, la comprensión acerca de su ecología, rasgos que promueven el crecimiento, mecanismos de acción, y su aplicación para la estimulación en el crecimiento de las plantas, es un área en la cual se necesita investigar a profundidad para desarrollar su potencial. ABSTRACT. Among the diverse microflora of soil, plant growth promoting rhizobacteria (PGPR, for its acronym in English) are a heterogeneous group of bacteria that can grow in, on or around the root tissues of the plant, stimulating growth plants directly or indirectly. Recibido: Octubre, 2015. Aprobado: Noviembre, 2015 95 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(14): 95-111 2015 These play important roles in plant growth through the production and release of secondary metabolites, which reduce or prevent the damaging effects of phytopathogenic organisms in the rhizosphere achieving the availability and absorption of certain nutrients. This is accomplished by biofilm formation in the rhizosphere which has advantages over mode planktonic bacteria. It has been shown in vitro that biofilms can be useful to increase crop yields, through a number of mechanisms of plant growth; and biofertilizers, improving nitrogen fixation and production of micro and macro nutrients. PGPR biofilms can be manipulated to achieve new results in agriculture therefore understanding about their ecology, traits that promote growth, mechanisms of action, and its application to stimulate the growth of plants, is an area where in-depth research is needed to develop their potential. Palabras clave: Biopelículas, Bacterias Promotoras de Crecimiento Vegetal, Interacción Planta-Microorganismos. Keywords: Biofilms, Plant Growth Promoting Rhizobacterial, Plant-Microbe Interaction. INTRODUCCION Formación de Biopelículas Las funciones de la microbiología y de la biotecnología en la agricultura son muy importantes porque las fuentes vegetales satisfacen hasta un 80% de las necesidades dietéticas de los seres humanos. La población de la Tierra aumenta en un 1.4 % anual y se espera llegar a 8.3 mil millones en 2025; por lo tanto, serán necesarios aumentos sin precedentes en la producción de cultivos si los niveles actuales de N (nitrógeno) se mantienen (11 g de N por persona por día) (Graham y Vance 2000). Las funciones intrínsecas que desempeñan las diversas poblaciones de microbios, en los ecosistemas terrestres, tienen un efecto directo sobre el crecimiento de la planta y la calidad del suelo. Esta característica ha llevado a que se preste atención especial para mejorar la promoción del crecimiento vegetal utilizando microorganismos en la agricultura sostenible, mediante la reducción de insumos químicos. En general, esto se atribuye a la capacidad de los microbios de "rotar" los nutrientes y de enlazar las partículas en el suelo que son esenciales para el crecimiento vegetal (Naveed et al., 2008). 96 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(14): 95-111 2015 Entre las comunidades microbianas del suelo asociadas a la planta, las bacterias benéficas que colonizan la raíz, son conocidas como rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR) (Lugtenberg y Kamilova 2009). Esto se logra mediante una serie de actividades que incluyen la fijación de N2, el aumento de la disponibilidad de fosfato y otros nutrientes en el suelo, fitoestimulación, la supresión de enfermedades de las plantas, la síntesis de antibióticos y la producción de fitohormonas (Zehnder et al., 2001). El éxito de las PGPR en la agricultura se atribuye a su colonización efectiva de raíces de las plantas y su sucesivo crecimiento para formar biopelículas (Saleh - Lakha y Glick 2006). Las biopelículas son colonias masivas de una o múltiples especies de células microbianas adheridas a las superficies bióticas o abióticas en contacto una con otra, encapsuladas en una matriz de sustancias poliméricas extracelulares (EPS, por sus siglas en inglés) autoproducidas. Las biopelículas menos complejas con un menor número de células son descritas como microcolonias, agregados, o grupos de células (Ramey et al., 2004). Las microcolonias son la unidad básica de crecimiento de una biopelícula y de este modo las biopelículas predominan en la mayoría de los ambientes naturales (Costerton et al., 1995). Estos ensamblajes bacterianos tienen la capacidad de comunicarse químicamente entre sí, a través de quórum sensing, funcionando como una sola unidad. Por lo tanto, las PGPR cuando están en modo de biopelículas poseen un buen desempeño en la inhibición de los organismos competidores, produciendo efectos benéficos en la promoción del crecimiento vegetal, la captación de nutrientes y respuestas rápidas de adaptación en función de las condiciones ambientales (Seneviratne et al., 2009). Adicionalmente, se ha demostrado que la producción eficaz natural o in vitro de inóculos de las PGPR tiene usos potenciales, en la agricultura y biotecnología. Hallazgos recientes han descubierto la dependencia de la diversidad microbiana con el tipo de suelo (Lundberg et al., 2012). El tipo de suelo ha mostrado una marcada influencia en la población microbiana de la rizosfera del maíz (Chiarini et al., 1998). De hecho, la estructura de la densidad y la comunidad microbiana de la rizosfera varía significativamente entre los diferentes sitios de muestreo. En general, las células microbianas, que enfrentan condiciones ambientales desfavorables se transforman en etapas latentes tales como acinetos, quistes y esporas que forman un semillero microbiano con gran número de especies microbianas (Teeling et al., 2012). La inducción de los microbios inactivos a la reanimación es un intercambio entre los microbios como respuesta a factores bióticos y abióticos dinámicos en el medio ambiente. La aplicación directa del suelo de comunidades microbianas desarrollados en el modo de 97 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(14): 95-111 2015 biopelículas ha demostrado aumentar la diversidad microbiana en los agroecosistemas (Seneviratne y Kulasooriya 2013). Las biopelículas, en general, tienen características de desarrollo únicos que son diferentes a las células planctónicas libres o células formadoras de biopelículas. Los estudios moleculares y genéticos han identificado que las biopelículas difieren considerablemente de microbios individuales en el modo planctónicas de crecimiento de características vitales como la expresión génica (Vilain y Brözel 2006) funciones y fisiología (Dow et al., 2007). Una tolerancia antimicrobiana elevada es resultado de la adaptación fisiológica y la naturaleza adherente de las células microbianas, así como la estructura de las biopelículas que conforman (Stoodley et al., 2002). Las rizobacterias, en su ambiente natural, persisten por la formación de biopelículas. Un determinado número de estructuras celulares microbianas como los flagelos o los pili tipo IV, los polisacáridos de la membrana, los lipopolisacáridos (LPS), en particular, la cadena del antígeno O y las proteínas de la membrana externa incluyen adhesinas que son importantes en la colonización de la raíz y la formación de las biopelículas (Hinsa et al., 2003). Las células bacterianas se adhieren y proliferan sobre la superficie de la raíz, como una colonia, y subsecuentemente forman biopelículas, como una matriz polisacárida extracelular. En el caso de Bacillus subtilis, la formación de biopelículas es inducida por señales químicas liberadas por la raíz de la planta a las que la bacteria responde mediante la síntesis estimulada de la biopelícula (Dey, R. et al., 2014). Se han observado niveles altos de producción de surfactina (agente antimicrobiano) durante la colonización y la formación de la biopelícula (Nihorimbere et al., 2012). Mutantes de Bacillus subtilis carentes de surfactina son severamente afectados en la movilidad “swarming” y muestran una pobre colonización de la raíz en comparación con la de tipo silvestre (Angelini et al., 2009). Las señales dependientes de la densidad, por ejemplo, el “quorum sensing” también juegan un papel importante en la determinación de la densidad de bacterias que colonizan a la raíz en la rizósfera y regulan la formación de la biopelículas (Pierson et al., 1998). Se reporta a la N-acil homoserina lactonas (AHLs), como molécula del quorum sensing generada por 98 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(14): 95-111 2015 bacterias gram negativas (Whitehead et al., 2001). En el caso de bacterias gram positiva son polipéptidos/proteínas, y la c-butirolactona en actinomicetos (Yamada y Nihira 1998). Resistencia Sistémica Inducida de las Rizobacterias Promotoras del Crecimiento en Plantas de Cultivo contra Plagas y Enfermedades. El inicio de una reacción de defensa en el sitio de la infección es una estrategia, que se extiende por toda la planta provocando la capacidad de resistencia. La resistencia inducida es una mejora de la capacidad de defensa de la planta en contra de un amplio espectro de patógenos y plagas que se adquiere después de una estimulación apropiada. La resistencia aumentada que resulta de un agente inductor sobre una infección generada por un patógeno, se denomina Resistencia Sistémica Inducida (ISR) o Resistencia Sistémica Adquirida (SAR). La inducción de la resistencia sistemática por rizobacterias, que no son patogénicas, se refiere como ISR, mientras que la provocada por otros agentes se denomina como SAR (Van Loon et al., 1998). El ISR es muy similar al SAR, haciendo a la planta resistente a subsecuentes ataques de organismos patógenos, como virus, bacterias y hongos. El SAR y el ISR no proveen una resistencia completa a un patógeno en particular, pero provee una protección substancial a plantas por un largo periodo de tiempo contra un amplio rango de organismos patógenos (Bakker et al., 2007). Inducción de la Resistencia Sistémica mediante PGPR contra enfermedades y plagas. Se ha reportado que las PGPR inducen la resistencia en plantas contra enfermedades bacterianas, fúngicas, virales además de plagas de insectos y nematodos. Este tipo de resistencia inducida muestra ventajas como: efectividad contra varios patógenos; estabilidad debido a la acción de diferentes mecanismos de resistencia, sistemicidad, ahorro de energía y el empleo metabólico del potencial genético en todas las plantas que son susceptibles. Entre los géneros de PGPR más estudiadas están Bacillus y Pseudomonas (Dey, R. et al., 2014; Figueiredo et al., 2010). Interacciones Planta – Bacteria Los exudados de la raíz se perciben como la primera línea de comunicación entre las raíces y PGPR en la rizosfera y están compuestas de aminoácidos, ácidos orgánicos (OAs, por sus siglas en ingles), compuestos fenólicos, azúcares y proteínas. Los exudados de la raíz no sólo proporcionan a las PGPR una fuente de nutrición, sino también sirven como señales 99 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(14): 95-111 2015 que pueden atraer y/o repeler los microorganismos. Los exudados de raíz en diferentes etapas de crecimiento de las plantas son únicos y estos exudados podrían modular específicamente el microbioma de la rizosfera. El bajo peso molecular OAs tales como los ácidos málico, cítrico y fumárico liberados por las raíces desempeñan papeles iniciales en el reclutamiento de PGPR a las raíces que sirven como sustratos de carbono y fuentes de señalización moleculares (Yuan et al., 2015). Durante el tratamiento de semillas con microbios, se parte del hecho de que los microbios que están presentes en la semilla están en la mejor posición para colonizar las raíces de las plántulas. Por lo tanto, la mejor manera de colonizar la raíz con una bacteria benéfica es esterilizar la superficie de la semilla y cubrirla subsecuentemente con las células de la bacteria benéfica. Con el crecimiento, el resultado es que la punta de las raíces de las plántulas esta mejor colonizada (con aproximadamente 106 bacterias por centímetro de raíz). Una buena colonización de la raíz de la plántula puede llegar incluso a la punta de la raíz en crecimiento. Viniendo desde la semilla, una bacteria coloniza la raíz, inicialmente como células individuales, que subsecuentemente se multiplican y crecen como microcolonias, designadas actualmente como biopelículas. Las biopelículas maduras consisten por lo regular de múltiples capas de células que están cubiertas con una capa de mucosa (Lugtenberg, B. 2015). Quorum Sensing en plantas asociado a las biopelículas. El termino quorum sensing (QS) describe el fenómeno que las bacterias son capaces de percibir y responder a las señales generadas por sus propias moléculas para coordinar su comportamiento en respuesta al tamaño de su población (Fuqua et al., 1994). El consenso general es que las bacterias hacen funcionar el QS solo cuando su densidad celular ha alcanzado un cierto límite (el quorum), sobre el cual la expresión de los genes encargados son ya sea activados o reprimidos. Entre las moléculas que participan en la señal de QS que a la fecha se identifican, se ha investigado en mayor medida a las N-acil homoserina lactona (AHL) y ha mostrado controlar la expresión de varios rasgos, incluyendo la virulencia, simbiosis, movilidad, la formación de biopelículas, la producción de antibióticos y toxinas así como la conjugación. Se ha descrito que varias moléculas de AHL poseen una mitad de la homoserina lactona (HSL) pero difieren en la longitud y estructura en el lado de la cadena del acil. Cha et al., (1998) demostró que la mayoría de las bacterias asociadas a plantas producen moléculas de señal AHL; Agrobacterium, Erwinia, Pantoea y Rhizobium, y cerca de la mitad de Erwinias y Pseudomonas que han sido estudiadas, sintetizan niveles detectables de AHL. Elasri et al., (2001) seleccionó 137 cultivos de Pseudomonas sp. nativas del suelo y 100 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(14): 95-111 2015 asociadas a plantas usando biosensores e identificando 54 que fueron positivas a la producción de AHL. Los autores de dicho estudio concluyeron que las bacterias asociadas a la planta y las patógenas generan con mayor frecuencia AHLs que los cultivos nativos del suelo e hicieron la hipótesis de que cuanto más íntima la relación de la bacteria con la planta anfitrión, es más alta la probabilidad de que produzca AHLs. El Quoreum sensing (QS) es un mecanismo regulatorio particularmente valioso cuando las bacterias están viviendo con contacto muy cercano entre cada una. Este es el caso de las biopelículas, donde las células están embebidas es una matriz extracelular generada por ellas mismas, el cual consiste de polisacáridos, proteínas y DNA, y actúa como una barrera de difusión para la señal molecular, por lo tanto, creando un ambiente ideal para la inducción del QS. Además, se ha demostrado un rol directo del AHL controlando el QS en la formación de biopelículas para muchas bacterias que usualmente se asocian con plantas, incluyendo miembros del genero Burkholderia, Pseudomonas y Serratia (Aguilar et al., 2009). Empleando un enfoque de quorum sensing (por ejemplo, la degradación enzimática de las moléculas de señal AHL), se ha mostrado que las señales del AHL regulan la formación de las biopelículas en la gran mayoría de especies de Burkholderia. En varios cultivos del Pseudomonas putida la producción de AHL depende de los biotensoactivos como el lipopeptido cíclico (putisolvinas) que afectan fuertemente la formación de la biopelícula. Se encontró que las putisolvinas inhiben la formación de las biopelículas y mostraron incluso afectar biopelículas existentes. Se ha observado que las bacterias de Pseudomonas putida mutantes en el quorum sensing producen biopelículas más densas que los cultivos del tipo silvestre. Para Serratia sp se ha mostrado que el QS juega un papel importante en el desarrollo estructural de las biopelículas, resultando en una biopelícula altamente porosa compuesta de cadenas celulares, filamentos y conglomerados de células (Carlier, A. et al., 2015). Se sabe que las plantas soportan el crecimiento de biopelículas bacterianas sobre y dentro de sus tejidos, incluyendo porciones aéreas de las plantas, la red vascular y tejidos de las raíces bajo tierra. Estas biopelículas asociadas a plantas pueden establecer interacciones comensales, mutualistas y patogénicas con las plantas o simplemente crecer de manera saprófita sobre los nutrientes liberados. Biopelículas de Rizobacterias Promotoras del Crecimiento en la Agricultura. 101 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(14): 95-111 2015 La actual preocupación de los efectos secundarios perjudiciales en el uso de los agroquímicos ha llevado a buscar otras vías de obtener una mejor productividad de los cultivos. De estos, un creciente interés se ha demostrado en el uso de biofertilizantes que comprenden de microorganismos beneficiosos, lo que mejora el crecimiento de plantas mediante la introducción de inoculantes bacterianos en forma de biopelículas, protegiendo así los inoculantes contra condiciones ambientales adversas como la alta salinidad, concentraciones de taninos, pH bajo, metales pesados, la depredación de las lombrices de tierra, la competencia por las poblaciones del suelo nativo (Seneviratne et al., 2008a), y resistencia a protozoos (Matz et al., 2004). Aparte de la colonización de la raíz, estudios recientes han reportado que la colonización bacteriana de las superficies de hongos bióticos conducen a la formación de biopelículas de hongos-bacterianas (FBB, por sus siglas en inglés) provocando que mejoren las actividades metabólicas en comparación con los monocultivos, lo que mejora los biofertilizantes y los efectos biocontrol (Seneviratne et al., 2008a). El establecimiento de dichas biopelículas de rizobios con hongos del suelo establece una estrategia para la supervivencia de rizobios (Seneviratne y Jayasinghearachchi, 2003). PGPR biopelículas como biofertilizantes y su actividad de biocontrol La colonización por biopelículas microbianas en la rizosfera proporciona una excelente cooperación metabólica para mejorar el crecimiento de la planta. Las biopelículas liberan a cantidades mayores de ácidos orgánicos comparados con los monocultivos, y mejoran la mineralización de los nutrientes del suelo en la rizosfera. Algunos de los ácidos orgánicos son hormonas promotoras del crecimiento vegetal (Seneviratne et al., 2008b). Por lo tanto, hay una gran contribución de esta tecnología para la producción de cultivos en la agricultura. Las PGPR tienen una valiosa capacidad de fijación de N2 en el modo de biopelículas, así, lo demostraron Jayasinghearachchi y Seneviratne (2004) con las biopelículas formadas por hongos-rhizobium (FRB por sus siglas en ingles), (Bradyrhizobium elkanii SEMIA 5019 y Penicillium spp.). Algunas especies PGPR fijadoras de N2 son Bacillus spp., Azotobacter spp., Azospirillum spp., Beijerinckia spp., Pseudomonas spp), y Rhizobium y Bradyrhizobium spp. (Dobereiner 1997; Vance 1997). Biológicamente las biopelículas fijan N2 de manera más eficaz, según lo revelado por la actividad de la nitrogenasa y la acumulación de nitrógeno, en comparación con la cepa rizobial crecida como monocultivo. Las biopelículas de FRB aumentan significativamente la fijación de N2 (aproximadamente 30 %) en comparación con un rizobio inoculante único (convencional) cuando se aplicó a la soja. Sin embargo, otra PGPR Azospirillum brasilense, un fijador de N2 de vida libre, se 102 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(14): 95-111 2015 encontró que interactúa con las raíces de trigo y maíz, formando biopelículas densas y con ello promoviendo el crecimiento de su planta huésped (Burdman et al., 2000). Los géneros Rhizobium y Bradyrhizobium de PGPR, son conocidos por su capacidad en la fijación simbiótica de N2, a través de la inoculación en cultivos de leguminosas, sin embargo, estas bacterias simbióticas también han mostrado el potencial de ser utilizadas como PGPR en cultivos diferentes a las leguminosa, han observado recientemente la fuerte colonización de FBBs / FRB de pelos radiculares de arroz (Oryza sativa), té (Camellia sinensis), Anthurium (Anthurium andraeanum) y trigo (Triticum aestivum). Se encontró que los fertilizantes químicos se pueden reducir en aproximadamente un 50% mediante la aplicación de tales biofertilizantes producidos por biopelículas in vitro (BBs, por sus siglas en ingles). Cuando se aplicaron BBs con fertilizantes químicos para plántulas micropropagadas de Anthurium, el número de hojas y el contenido de clorofila aumentó entre un 60% y 100%, respectivamente, en comparación con los fertilizantes químicos en una sola aplicación. La aplicación solo BBs aumentó longitud de la raíz del Anthurium en cerca del 65%, en comparación con los fertilizantes químicos de aplicación solo. (Seneviratne et al., 2009). Jha y Saraf, 2012, observaron que el crecimiento de la planta Jatropha (Jatropha curcas L) mediante inóculos de consorcios microbianos de 4 cepas; Brevibacillus brevis (MS1), Bacillus licheniformis (MS3), Micrococcus sp. (MS4), and Acinetobacter calcoaceticus (MS5). Los resultados demostraron que la co-inoculación del consorcio conformado por B. brevis (MS1) + B. licheniformis (MS3) + A. calcoaceticus (MS5), proporcionó los mayores aumentos en el peso de brotes, peso de la raíz, biomasa total, longitud de brotes y raíces, clorofila total, el ancho de rodaje, y el rendimiento de grano. Además de tener la capacidad de producir IAA, solubilizar P inorgánico y producir ACC deaminasa y sideroforoso, con respecto a los controles, así como en los ensayos individuales, mejorando significativamente el rendimiento en experimentos de invernadero y de campo. Del mismo modo, los consorcios de tres cepas dieron el mejor rendimiento en términos de los parámetros de crecimiento de Lycopersicum esculentum (Ibiene et al., 2012). Demostraron que el uso de biofertilizantes combinados que contienen consorcios de bacterias es un excelente inoculante para el desempeño del crecimiento de las plantas. Los Mecanismos de control biológico para la supresión de enfermedades son una importante estrategia contra un número de patógenos de plantas que causan la reducción del rendimiento del cultivo. Las PGPR también actúan como agentes de control biológico 103 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(14): 95-111 2015 eficaces suprimiendo el efecto de las enfermedades y proporcionan protección a las plantas frente a patógenos dañinos. Las PGPR utilizan ciertos mecanismos, entre ellos la competencia, la producción de antibióticos, la degradación de la pared celular de los hongos, y secuestradores de hierro por la producción de sideróforos (Ramyasmruthi et al., 2012). Los antibióticos además de suprimir a los patógenos también inducen resistencia sistémica en la planta. La interacción sinérgica entre antibióticos e ISR aumenta aún más la resistencia frente a patógenos (Jha et at., 2011). El Bacillus thuringiensis, tiene la capacidad de producir proteína insecticida (Singh et al., 2010), por lo que se puede utilizar como un agente de biocontrol. Yuan et al., 2013 estudiaron la cepa Bacillus amyloliquefaciens NJN-6, aislada de la rizosfera de plantas de banano la cual demostró promover su crecimiento, además de proteger su huésped de Fusarium oxysporum f. sp. cubense, también colonizaron las raíces y produjeron varios compuestos activos. El análisis de lo exudados de las raíces de banano y su interacción en la colonización de las raíces con la cepa NJN-6, indicaron que el ácido fumárico y ácido málico podrían atraer el Bacillus amyloliquefaciens NJN-6 y promover la formación de biopelículas mediante la activación de genes relevantes. (Yang et al., 2015). Por otro lado, se ha descubierto que Paenibacillus polymyxa forma biopelículas alrededor de la punta de la raíz y se comporta como una bacteria que invade la raíz atribuyéndole un posible mecanismo de tolerancia para mejorar el control biológico y la sequía (Timmusk et al., 2005). COMENTARIOS FINALES Y PERSPECTIVAS La vida en una biopelícula ofrece varias ventajas, fomenta una mayor resistencia a ciertas tensiones ambientales, tolerancia a los antimicrobianos, la protección contra la depredación de protozoo, metabolismo en consorcio, o la posibilidad de transferencia horizontal de genes. La formación de una biopelícula es una forma de mantener una masa crítica de células en un lugar específico durante períodos suficientes para iniciar interacciones beneficiosas o antagonistas en plantas hospedantes. Se sabe que las superficies radiculares están continuamente sometidas a la doble vía de tráfico de solutos de las plantas al suelo y viceversa, así como a la colonización microbiana en general, la cual es regulada por el quorum sensing (QS). Esto a su vez conduce a la expresión de gen (es) específico (s) que 104 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(14): 95-111 2015 permiten a las bacterias de una biopelícula comunicarse entre sí, asemejándose a un organismo multicelular. A este respecto, la formación de biopelículas es una ventaja añadida a las PGPR para colonizar eficazmente sobre o en la raíz de la planta, donde pueden competir bien con microflora autóctona junto con un mejor crecimiento de las plantas. Estos efectos beneficiosos se obtienen debido a una serie de mecanismos directos e indirectos, incluyendo la solubilización de fosfato, la producción de reguladores de crecimiento, el secuestro de hierro mediante sideróforos, la producción de antibióticos, la síntesis de metabolitos antifúngicos, producción de enzimas degradadoras de paredes celulares fúngicas, inducir resistencia sistémica, reducción de los efectos nocivos del estrés de etileno inducida por la actividad ACC-desaminasa, y la producción de vitaminas. La producción in vitro de inóculos de biopelículas con PGPR puede ser utilizado para satisfacer la demanda futura de los cultivos. La aplicación de consorcios bacterianos de múltiples cepas sobre la inoculación simple es un método eficaz para reducir el impacto negativo del estrés sobre el crecimiento vegetal aunado a cepas que tengan la capacidad de proteger la planta de enfermedades a través de mecanismos de biocontrol también se pueden incluir en la formulación. La eficacia de estas cepas puede ser mejorada por la producción de la enzima ACC-desaminasa (Hao et al., 2007). Por lo tanto, la aplicación de tales cepas que tienen rasgos múltiples para mejorar la promoción del crecimiento, considerándolas como inoculantes potenciales. También es necesario entender las interacciones entre consorcio microbiano y el sistema de la planta. La comprensión de estas interacciones puede ser muy eficaz para mejorar el crecimiento de plantas. Dichos aspectos necesitan ser investigados a fin de que las cepas o sus combinaciones más eficaces puedan ser seleccionadas. Otros aspectos como: eficacia de los inóculos de biopelículas, sus limitaciones bajo condiciones de campo, así como su elaboración y comercialización también necesitan atención especial. Por ejemplo, la adición de bacterias de nucleación de hielo a la agricultura tiene beneficios potenciales de la protección de los cultivos de las heladas que caen por debajo de cero, lo que podría contribuir a una solución del problema mundial del hambre. De manera similar, las bacterias productoras de cianuro pueden ser utilizadas eficazmente para la supresión de las enfermedades. Ciertas cepas de Pseudomonas producen aleloquímicos que se pueden utilizar como bioherbicidas para minimizar el uso de productos químicos y por lo tanto eliminar los peligros ambientales. 105 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(14): 95-111 2015 Los ecosistemas agrícolas que son en gran medida pobres en diversidad microbiana debido a las prácticas agronómicas actuales podrían ser restaurados con la aplicación de las biopelículas microbianas convirtiendo las células inactivas a células metabólicamente activas, mejorando así la sostenibilidad de los agroecosistemas y aumentando la biodiversidad microbiana y funcionamiento de los ecosistemas. Por otro lado existen investigaciones de la promoción del crecimiento de la planta por inoculación de PGPR debido a la reducción y la mejora de la tolerancia de las plantas contra los metales pesados y plaguicidas. Las bacterias utilizan diferentes mecanismos adicionales para desintoxicar los efectos adversos de los metales pesados en sus tejidos. Estos mecanismos incluyen la producción de las proteínas que absorben los metales pesados y la desintoxicación llevándolos en las vacuolas (Gerhardt et al., 2009). Los mecanismos desintoxicante y de tolerancia a metales pesados utilizados por PGPR pueden variar entre las especies bacterianas y para diferentes metales. Por ejemplo, los microbios pueden desintoxicar zinc (Zn) mediante la unión en la membrana externa, y la producción de Zn-proteína o por complejación de ácidos orgánicos. De manera similar, la inoculación bacteriana también ayuda a la degradación de clorobenzoatos y plaguicidas según lo demostró Siciliano y Germida en 1997. La producción de sideróforos por bacterias resistentes a metales desempeña un papel importante en la supervivencia y el crecimiento de las plantas en suelos contaminados por aliviar el impacto de estrés impuesta por metales pesados en las plantas (Rajkumar et al., 2010). Además, la producción de enzimas y ciertas hormonas que movilizan los metales pesados y las interacciones planta-microorganismo afecta el proceso de biorremediación (Abbas-Zadeh et al., 2010). Por ejemplo, la inoculación de Lupinus luteus resistente al níquel inoculada con B. cepacia modificada genéticamente mostró una alta concentración de níquel que fue aproximadamente 30% más que el control no inoculado (Lodewyckx et at., 2001). El uso sostenido de los plaguicidas, fertilizantes químicos, abonos para el aumento de la fertilidad del suelo y la productividad de los cultivos se traduce con frecuencia en efectos perjudiciales para el ambiente. Existen varios entornos contaminados con varios niveles de sustancias tóxicas. Entre estos plaguicidas, hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) e hidrocarburos totales de petróleo (HTP) de fuentes antropogénicas. Por lo tanto, hoy en día existe un considerable interés en el desarrollo de alternativas rentables basadas en microorganismos o plantas. La rizoremediación se considera como el enfoque más 106 Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(14): 95-111 2015 potencial para la remediación de los HAP en el suelo. La microflora del suelo juega un rol de vital importancia durante rizoremediación de xenobióticos. Diferentes enfoques como rizoremediación, en combinación de PGPR y bacterias que degradan contaminantes específicos, microbios modificados por ingeniería genética, plantas transgénicas y la tecnología de enzimas se pueden utilizar para mejorar la eficiencia de biorremediación (Gerhardt et al., 2009). Por lo que también, es un reto investigar los procesos de optimización de bioremediación con biopelículas de PGPR en campo, lo que requiere un conocimiento completo de la estructura, dinámica de la biopelícula con las plantas y su interacción con los contaminantes y otros factores ambientales. BIBLIOGRAFÍA. Abbas-Zadeh, P., Saleh-Rastin, N., Asadi-Rahmani, H., Khavazi, K., Soltani, A., ShoaryNejati, A. R., & Miransari, M. (2010). Plant growth-promoting activities of fluorescent pseudomonads, isolated from the Iranian soils. Acta physiologiae plantarum, 32(2), 281288. Aguilar C, Carlier A, Riedel K et al (2009) Cell-to-cell communication in biofilms of gramnegative bacteria. In: Krämer R, Jung K (eds) Bacterial signaling.Wiley-VCH, Weinheim, pp 23–40. Angelini TE, Roper M, Kolter R, Weitz DA, Brenner MP (2009) Bacillus subtilis spreads by surfing on waves of surfactant. Proc Natl Acad Sci U S A 106:18109–18113. 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