Mientras el mundo lucha con la pandemia de coronavirus COVID-19, que surgió después de que el virus saltó de una especie animal a la especie humana, los investigadores de la Universidad de Delaware están aprendiendo sobre nuevas formas en que otros patógenos están saltando de las plantas a las personas.
Bacterias oportunistas - salmonella, listeria y E. coli por ejemplo, a menudo lleva a cuestas verduras crudas, aves de corral, carne de res y otros alimentos para ingresar a un huésped humano, causando millones de enfermedades transmitidas por alimentos cada año.
Pero los investigadores de la Universidad de Delaware Harsh Bais y Kali Kniel y sus colaboradores ahora han descubierto que las cepas salvajes de salmonella pueden eludir el sistema de defensa inmune de una planta, entrando en las hojas de la lechuga al abrir los pequeños poros respiratorios de la planta llamados estomas.
La planta no muestra síntomas de esta invasión y una vez dentro de la planta, los patógenos no se pueden lavar.
Los estomas son pequeñas aberturas en forma de riñón en las hojas que se abren y cierran naturalmente y están reguladas por el ritmo circadiano. Se abren para permitir que la planta se enfríe y respire. Se cierran cuando detectan amenazas de sequía o patógenos bacterianos de las plantas.
Algunos patógenos pueden irrumpir en un estomate cerrado usando la fuerza bruta, dijo Bais. Los hongos pueden hacer eso, por ejemplo. Las bacterias no tienen las enzimas necesarias para hacerlo, por lo que buscan aberturas, en las raíces o a través de los estomas, éldijo.
Los patógenos bacterianos de las plantas han encontrado una manera de reabrir esos estomas cerrados y obtener acceso al funcionamiento interno de la planta, dijo Bais.
Pero ahora, en una investigación publicada por Fronteras en microbiología , Bais y Kniel han demostrado que algunas cepas de la salmonella patógena humana también han desarrollado una forma de reabrir estomas cerrados.
"Lo nuevo es cómo las bacterias no huésped están evolucionando para evitar la respuesta inmune de las plantas", dijo Bais. "Son verdaderos oportunistas. Son reinos absolutamente saltadores ... Cuando vemos estas interacciones inusuales, ahí es donde comienzavolverse complejo "
Las oportunidades para los patógenos surgen a medida que las plantas se crían para aumentar el rendimiento, a menudo a expensas de sus propios sistemas de defensa. Otras oportunidades surgen cuando un productor siembra cultivos bajos demasiado cerca de un campo de ganado, lo que facilita la contaminación.
Juntos y por separado, Bais y Kniel y sus colaboradores han estado analizando este problema de la planta desde varios ángulos durante aproximadamente cinco años.
Están observando los métodos del "caballo de Troya" que utilizan bacterias como la salmonella para eludir los sistemas inmunes de las plantas y encontrar su camino hacia nuevos huéspedes humanos.
Están analizando una variedad de métodos de riego que pueden transportar bacterias desde las vías fluviales, estanques y agua recuperada a la superficie y sistemas de raíces de las plantas.
Están observando los componentes genéticos que permiten que los patógenos persistan y sobrevivan a lo largo de su paso hacia un nuevo huésped.
Bais y Kniel han publicado múltiples artículos sobre estas amenazas para el suministro mundial de alimentos y han desarrollado recomendaciones para aumentar las defensas de las plantas.
El equipo de Bais, por ejemplo, desarrolló y patentó un microbio beneficioso, UD1022, para proteger y fortalecer los sistemas de raíces de las plantas. Ese microbio ha sido autorizado por BASF y está incorporado en una variedad creciente de aplicaciones. Pruebas realizadas como parte desu nueva publicación mostró que las raíces inoculadas con UD1022, a través del riego y el riego, podrían proporcionar protección contra estas bacterias oportunistas.
Kniel dijo que se sorprendió al ver que UD1022 evitó que algunos mutantes ingresaran a la planta.
"Hay mucha esperanza para los biocontroles", dijo.
El equipo de Kniel y sus colaboradores del Departamento de Agricultura de los EE. UU. Y varias otras universidades de la región del Atlántico Medio, recientemente publicaron nuevos hallazgos en PLOS One que analizan el contenido patogénico de los métodos de riego que se extraen de vías fluviales, estanques y agua recuperada.
Esos son riesgos previos a la cosecha. Los peligros posteriores a la cosecha provienen más de las prácticas de higiene de los trabajadores en las cintas transportadoras que llevan estos productos al mercado.
Muchas compañías utilizan verduras de hoja verde a través del agua tratada con desinfectantes apropiados y pueden considerar el tratamiento con ozono o ultravioleta para tratar las bacterias de la superficie. No pueden ver ni tratar los patógenos humanos que ya han entrado en la hoja.
"La industria alimentaria trabaja incansablemente para hacer que el producto sea lo más seguro posible", dijo Kniel. "Pero incluso entonces, estamos cultivando estos productos en el exterior, por lo que son accesibles para la vida silvestre, el viento, el polvo y el agua que pueden transmitirmicroorganismos. Es una situación difícil "
Nicholas Johnson, un estudiante graduado en el laboratorio de Bais, hizo un trabajo minucioso para examinar cómo los estomas de las espinacas y la lechuga respondieron a las aplicaciones de salmonella, Listeria y E. coli - tres patógenos humanos que no dejan huellas dactilares aparentes, no hay forma de ver que han infectado una planta. Él registró el tamaño de las aberturas de estomate - llamado apertura - para cientos de estomas en cada hoja de muestra.
Contó estos tamaños cada tres horas después de que se aplicaron las bacterias.
"Tenía que sentarse bajo un microscopio y contar los tamaños de apertura", dijo Bais. "Y tiene que ser meticuloso".
Encontró algunos resultados preocupantes. La cepa de salmonella estaba reabriendo los estomas.
"Ahora tenemos un patógeno humano tratando de hacer lo que hacen los patógenos de las plantas", dijo Bais. "Eso da miedo".
Sería especialmente aterrador, dijo Bais, si ocurriera en una granja "vertical", donde las plantas se cultivan en hileras verticales hidropónicamente.
"Estos son sistemas maravillosos", dijo Kniel. "Pero debe haber mucho cuidado dentro del sistema para controlar el agua y las interacciones con las personas. Tiene que haber mucho lavado de manos. Trabajo con muchos productorespara asegurarse de que tengan descansos 'limpios' y que estén desinfectando adecuadamente. Cuando haces eso, tienes menos productos para recuperar ".
Pero los peligros son reales.
"La industria está trabajando duro en esto", dijo Kniel. "Son algunas de las personas más apasionadas y dedicadas que he conocido. Pero ocurren brotes".
"Y si esto afecta a las granjas verticales, no pierden un lote", dijo Bais. "Pierden toda la casa".
La colaboración se ha basado en una amplia gama de experiencia, dando a los investigadores una visión de muchos ángulos del problema.
"Este proyecto [con Bais] tiene cepas mutantes de salmonella y eso nos permite otro ángulo en el lado de la biología molecular", dijo Kniel. "Las mutaciones individuales son importantes para la estructura de la salmonella y la regulación del estrés. Podemos ver la capacidadde la salmonella para internalizar en la planta. Cuando usamos cepas mutantes vimos grandes diferencias en la capacidad de colonizar e internalizar, y eso es de lo que los consumidores escuchan mucho. No es posible eliminarla.
"También podemos ver qué genes o parte del organismo podrían ser más responsables de la persistencia en la planta, haciendo que dure más y más fuerte. Eso es muy importante cuando se piensa en cuestiones de seguridad alimentaria".
Entre las otras preguntas que hacen los investigadores :
¿Estas bacterias mueren más fácilmente cuando están al sol?
¿Mucha humedad o humedad les permite crecer?
¿Cuánto interactúan con la planta?
El estudio del agua de riego en la región del Atlántico Medio de los Estados Unidos se realizó en colaboración con "Conserve", un Centro de Excelencia que incluye investigadores del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos y la Universidad de Maryland.
"Estamos viendo de dónde obtienen los productores su agua y qué están haciendo para asegurarnos de que sea microbianamente segura", dijo.
Parte del agua se recupera después de que se usó para lavar otros cultivos. Parte proviene de canales y estanques. El equipo tomó una serie de muestras durante un período de dos años, analizando salmonela, listeria, E. coli , virus y protozoos.
"Se ha demostrado que el agua en múltiples brotes es un riesgo potencial de contaminación", dijo Kniel. "Este documento es importante porque identifica los riesgos de los estanques, ríos y agua recuperada, así como discute qué podrían hacer los productores y cómopara tratar el agua. Muchos productores están felices de usar la tecnología siempre que sea rentable y confiable y pueda usarse para productos frescos ".
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