Análisis metagenómico para garantizar la inocuidad

La importancia de la inocuidad alimentaria exige en la actualidad llevar a cabo prácticas agrícolas, cada vez más apegadas a las tendencias de desarrollo científico, que permitan obtener la mayor y mejor trazabilidad en todo el sistema suelo-agua-planta-ambiente, y que permita garantizar a los mercados domésticos la penetración y posicionamiento exitoso de vegetales para el consumo humano, con la más alta seguridad y calidad.

El equilibrio alimentario requiere de nuevas estrategias y estudios científicos que le permitan al productor agrícola y su equipo de técnicos asesores, contar con las lecturas más serias y confiables en el inventario agrológico del cultivo y esto, no siempre está en relación con la aplicación de nutrientes y agroquímicos para alcanzar los estándares de calidad que exigen los mercados.

Publicidad

En los últimos años la producción de vegetales ha sufrido grandes cambios que van desde el lanzamiento de semillas mejoradas, nutrientes y bioestimulantes de alto desempeño, hasta agroquímicos con una alta compatibilidad natural; asimismo la modificación de prácticas agrícolas de fertilización, que han sido superadas en millones de hectáreas de cultivo en el mundo por el uso de compostas orgánicas.

La práctica del uso de compostas orgánicas, desafortunadamente se da más como una tendencia que como una solución real al problema de la inocuidad productiva.

Los cultivos erróneamente llamados “orgánicos” y los productos obtenidos bajo estos mecanismos productivos, representan en el mundo un problema que enciende la alerta en temas de salud pública.

En la zona económica de Europa así como en los Estados Unidos de Norte América, las instituciones responsables de salud están cuestionando seriamente el uso de compostas de origen orgánico como una solución de la reutilización de residuos, específicamente orina y excremento de la industria ganadera, ya que su tratamiento de sanitización no garantiza su inocuidad bacteriológica.

Como ejemplo, recientemente en el Reino Unido se llevó a cabo un estudio de análisis bacteriológico en suelos agrícolas, para determinar el tipo de cepas bacteriológicas contenidas en las compostas vertidas para su fertilización, lo anterior debido a un alarmante incremento de casos de infecciones gastrointestinales y dermatológicas que se detectaron en la población.

Dicho estudio arrojó que en más del 60% de un total de 22 tipos de compostas comerciales que conformaron la muestra del estudio, se encontraron presentes cepas altamente peligrosas entre ellas Legionella Neumophilia, mismas  que rebasaban de manera alarmante las PPM (partes por millón) en cada centímetro cúbico analizado.

La gran pregunta que surge es ¿Cómo poder revertir el daño causado por el uso de este tipo de materiales adversos a la inocuidad alimentaria?

La disciplina científica de la Metagenómica, hoy está construyendo una nueva visión para anticiparse en temas de inocuidad alimentaria a nivel mundial.

grafica 1 lightbourn

Tomando en cuenta que actualmente del total de suelos de uso agrícola en el mundo, solo el 33% producen el 100% de alimentos vegetales que demanda la población mundial y de éstos, más del 80% se encuentran en condiciones de alta contaminación por saturación de bacterias, sales, nitratos, sulfatos, cloratos y percloratos, así como de polímeros.

 

Mediante la aplicación de la Metagenómica, el productor agrícola puede detectar con un rango de asertividad del 90% no solo las condiciones físicas, químicas y estructurales en sus suelos, también establecer el tipo de bacterias dañinas y bacterias benéficas para tomar decisiones correctas en cuanto al manejo edáfico de sanitización y nutrición.

Lo anterior debido a que hoy la trazabilidad en la nutrición es una barrera que está frenando cada vez más las exportaciones de la producción mexicana a los mercados foráneos.

Mediante la aplicación de estudios Metagenómicos del suelo, se establece un amplio protocolo microbiológico en el que se detectan las colonias, cantidades estadísticas que permean en todo el suelo del cultivo (población universal), tipo de bacterias con genética específica, así como las estrategias para crear los protocolos adecuados que permitan su control, disminución y erradicación.

Hablamos acerca de que los cultivos dependen en gran medida de suelos sanos que permitan no sólo la mejor floculación, germinación y desarrollo radicular; también de las condiciones biológicas y microbiológicas a niveles nanométricos 10-9 -la millonésima parte de un milímetro- y como las bacterias y microorganismos están influyendo directamente en la descomposición adecuada de nutrientes minerales, así como los que penetran a niveles de arquitectura celular, creando posibles intercambios o insertos genéticos en el producto final, contaminando las estructuras internas y externas como biomasa, epidermis, hojas y semillas entre otros.

En México la Metagenómica está comenzando a despuntar de manera sorprendente, aunque son pocos los laboratorios e institutos que trabajan en la detección de cepas en compostas, emerge de forma positiva una conciencia de responsabilidad y ética productiva, donde cada vez más productores miran la aplicación de la Metagenómica como un aliado que les permite sensibilizar la producción desde una perspectiva más amplia y virtuosa, direccionada al éxito integral, sustentable y limpio de sus agronegocios.

Lo anterior debido a que a través del análisis metagenómico, se brinda la posibilidad de estudiar de forma masiva el conjunto de genomas de los microorganismos presentes en el suelo, incluyendo aquéllos que no son cultivables en laboratorio y que representan hasta el 99% de la población presente en el ambiente.

Este tipo de estudios de última generación, al no requerir del aislamiento previo de los microorganismos, permite el análisis de todas las diversas especies presentes en la muestra, con lo cual se caracteriza absolutamente toda la diversidad microbiana presente en un ecosistema como nunca antes.

Esto posibilita la identificación de cualquier agente fitopatógeno, así como la detección de desequilibrios en las poblaciones microbianas que pudieran ocasionar algún problema en el desarrollo del cultivo.

Esto es sin duda no es sólo de gran importancia, también de alto valor, ya que permite una correcta anticipación que da paso a la reflexión y toma de decisiones adecuadas para el manejo edáfico, antes de poner en riesgo la inversión económica de materiales como semillas, plántulas, injertos y nutrientes.

grafica3

El proceso del análisis metagenómico consiste en cinco pasos claves.

  1. Extracción de material genético.

Las muestras de suelo son colectadas y homogenizadas en agua libre de nucleasas. Posteriormente, se utiliza una mezcla de fenol-cloroformo-alcohol isoamílico para extraer el material genético de todos los microorganismos presentes en el suelo.

El material genético obtenido es eluído en solución amortiguadora Tris-HCl y se almacena a -80 °C hasta su análisis.

  1. Amplificación génica.

Se utiliza la técnica de reacción en cadena de la polimerasa para producir múltiples copias de la región hipervariable de los genes 16S y 18S, estas regiones  son marcadores que identifican a cada especie microbiana presente en la muestra.

  1. Preparación de bibliotecas genómicas.

Este proceso consiste en escindir el ADN genómico en pequeños fragmentos, utilizando para ello ondas ultrasónicas. Una vez generados los fragmentos, a éstos se les incorporan a sus extremos por la acción de una enzima ligasa, los adaptadores A y B (los adaptadores son fragmentos cortos  de nucleótidos de secuencia conocida). Estos adaptadores proporcionan las secuencias de hibridación para la posterior amplificación y secuenciación de los fragmentos de la librería.

  1. Secuenciación nucleotídica.

Se utiliza a la ADN polimerasa para incorporar nucleótidos durante la amplificación de nuevos amplicones, al mismo tiempo un láser excita a los fluoróforos, generando la emisión de fluorescencia, la cual será diferencial de acuerdo con el nucleótido incorporado. Un detector determinará el nucleótido incorporado a la cadena amplificada y de esta manera, se determina la secuencia genética de cada fragmento.

  1. Análisis de resultados.

Utilizando algoritmos de biología computacional se determina el tipo de microorganismos presentes en la muestra de acuerdo a las características genéticas de las secuencias genéticas.

De esta forma el análisis metagenómico de suelos de uso agrícola contribuye objetivamente a elevar no solo la calidad productiva en temas de inocuidad, también en la sanitización de los suelos, preparando así el camino para su recuperación agrológica a nivel mundial.