Las plantas, a pesar de no tener un sistema inmunológico móvil como el de los animales, han desarrollado mecanismos sumamente sofisticados para defenderse de los microorganismos. Un aspecto central de esta defensa es su capacidad para reconocer componentes específicos en la pared celular de los hongos y las bacterias. Estas moléculas, como la quitina y el peptidoglicano, no sólo sirven como bloques de construcción para las paredes celulares microbianas, sino que también actúan como "códigos de barras" que las plantas pueden "leer" para identificar si un microorganismo es un patógeno o un simbionte inofensivo. ¿Increíble verdad? Sigue atento porque te lo vamos a contar.
# # # Los mecanismos de defensa de las plantas # # #
Lo primero que vamos hacer es hablar un poco sobre qué reconoce la planta y cómo. La planta no tiene un sistema inmune como los animales pero tiene una gran cantidad de centinelas que vigilan cualquier cosa extraña que penetre en la planta. Quiénes son los centinelas de la planta:
Receptores: son proteínas ancladas en la pared de las celulas vegetales que se encargan de reconocer fragmentos de los componentes de la pared celular de los hongos, como glucano y quitina. Uno de los receptores más estudiados es CERK1 responsable de detectar la quitina. Una vez reconocen esos fragmentos disparan la respuesta de defensa de la planta
Enzimas: Dentro de las enzimas encontramos enzimas degradativas cómo glucanasas y quitinasas cuya función es cortar fragmentos de la pared de la planta para que sean reconocidos por los receptores. También Hay un grupo de proteínas que actúan como un coche barrendero, van recogiendo trozos pequeños de quitina y los llevan a los receptores para activar las defensas.
Una vez que se activan los mecanismos de defensa de la planta empieza una cascada de señales que provocan que en el lugar de entrada del patógeno se acumulen compuestos que van actuar a modo de cemento, tratando de parar la entrada (como por ejemplo calosa y lignina) y compuestos tóxicos como las especies reactivas de oxígeno (ROs). Y en el caso extremo la apoptosis, que ees la muerte programa de las células que están siendo atacadas y las células de alrededor e incluso grandes regiones de tejido vegetal.
# # # La Quitina en los Hongos: Reconociendo a los Amigos y Enemigos # # #
La quitina está presente en todos los hongos se trata de un polímero compuesto por unidades de N-acetilglucosamina y es un componente clave de la pared celular de los hongos. Para que las plantas puedan identificar la presencia de un hongo, deben ser capaces de detectar fragmentos de quitina que se liberan cuando el hongo intenta invadir los tejidos vegetales.
Pero no todos los fragmentos de quitina son iguales. La desacetilación es un proceso mediante el cual se eliminan grupos acetilo (un grupo derivado del ácido acético) de la quitina, convirtiéndola en quitosano, una molécula mucho menos visible para las defensas de las plantas. Este proceso tiene un efecto directo en cómo la planta percibe a un hongo.
Alto contenido en quitosano y Simbiosis: Los hongos que forman relaciones simbióticas con las plantas, como las micorrizas, a menudo tienen una quitina altamente desacetilada, es decir, tienen alto contenido en quitosano. El quitosano es menos detectable por los receptores de quitina en las plantas, lo que permite que el hongo coexista con la planta sin desencadenar una respuesta inmune fuerte. En este contexto, la desacetilación de la quitina actúa como un "código de barras" que señala a la planta que el hongo es inofensivo y beneficioso.
Bajo contenido en quitosano y Patogenicidad: Por otro lado, los hongos patógenos suelen tener quitina con un grado de desacetilación más bajo, es decir, menor cantidad de quitosano, de manera que esta quitina es más fácilmente reconocida por los receptores de las plantas, lo que lleva a la activación de una respuesta inmune defensiva. La planta "lee" esta cantidad de quitosano como una señal de peligro, y responde en consecuencia para intentar detener la invasión del hongo.
La cuestión es si la pared de todos los hongos tiene quitina por qué la planta no se defiende frente a los agentes simbióticos. Aquí entra en juego el patrón quitina – quitosano.
# # # El Patrón quitina - quitosano: Un Código de Barras Molecular # # #
No sólo la cantidad de quitosano es crucial, sino también el patrón quitina - quitosano. Este patrón, que se refiere a la disposición específica del quitosano a lo largo de la cadena de quitina, actúa como un "código de barras" altamente específico que las plantas pueden "leer". Dependiendo de este patrón, la planta puede diferenciar entre un hongo patógeno y uno simbiótico e inofensivo.
Patrones Complejos y Simbiontes: Los hongos simbióticos tienden a tener patrones de quitosano más complejos y distribuidos de manera que dificultan la detección por parte de los receptores de la planta. Este patrón complejo envía una señal de que el hongo es inofensivo o incluso beneficioso, permitiendo una relación simbiótica exitosa.
Patrones Simples y Patógenos: En contraste, los hongos patógenos suelen tener patrones de quitosano más simples y predecibles, lo que facilita la detección por parte de los receptores inmunitarios de la planta. Esto desencadena una respuesta inmune que tiene como objetivo eliminar la amenaza.
# # # Los patógenos engañan a la planta ¿Cómo? # # #
Lo mismo que las plantas reconocen un patrón en la quitina – quitosano para identificar posibles patógenos, los patógenos han aprendido de esto y se disfrazan de buenos. Si, has leído bien, se disfrazan de buenos. Los patógenos han desarrollado estrategias para ocultar o modificar la quitina de su pared, y de hacerlo bien depende su supervivencia.
Un ejemplo lo encontramos en varios artículos científicos donde han comprobado el papel que tiene la modificación de la quitina a quitosano en el desarrollo de infección en determinados patógenos. Este es el caso de los oídios, un grupo de hongos que sólo viven sobre tejido vegetal vivo y su supervivencia depende de su capacidad para esconderse de las defensas de la planta. En un trabajo reciente se bloqueó la capacidad del hongo de convertir la quitina en quitosano. Y ¡SORPRESA! el resultado es increíble, la planta pasa de no detectar al patógeno a detectarlo, activar sus defensas y parar la infección completamente. Tan sólo se ha alterado el patrón quitina – quitosano, y de esta manera se ha quitado el disfraz al patógeno.
Si te interesa saber más sobre cómo los patógenos se ocultan a las defensas de las plantas aquí tienes este artículo de nuestro blog donde te contamos las distintas estrategias que emplean los patógenos. Blog: El Caballo de Troya Microbiano
# # # Como el desbloqueo de un Móvil # # #
El concepto de cómo las plantas "leen" estos patrones de desacetilación se puede comparar con el desbloqueo de un móvil mediante huella dactilar. Si el móvil no reconoce la huella, se bloquea, asumiendo que un posible intruso está intentando acceder. Sin embargo, cuando detecta tu huella, te permite la entrada sin problemas. De manera similar, si una planta detecta un patrón quitina-quitosano que no reconoce (como un patrón simple en un hongo patógeno), activa sus defensas para bloquear al intruso. Por otro lado, si reconoce un patrón conocido y benigno (como el patrón complejo de un simbionte), permite la interacción sin activar sus defensas.
# # # El Peptidoglicano en las Bacterias: Un Mecanismo Similar # # #
El peptidoglicano es un componente fundamental de la pared celular de las bacterias, especialmente en bacterias grampositivas. Está formado por cadenas de aminoazúcares y péptidos que proporcionan rigidez y protegen a la célula bacteriana. Similar a la quitina en los hongos, el peptidoglicano también puede ser modificado químicamente, y estas modificaciones tienen un impacto directo en cómo la planta percibe a la bacteria.
Modificaciones en el Peptidoglicano: Las bacterias pueden alterar el peptidoglicano a través de procesos como la desacetilación y metilación, que cambian la estructura química de la molécula. Estas modificaciones pueden hacer que el peptidoglicano sea menos visible para los receptores inmunitarios de la planta, permitiendo que la bacteria evite una respuesta inmune fuerte.
Reconocimiento y Respuesta Inmune: Cuando el peptidoglicano no está modificado o está menos modificado, es más probable que sea reconocido por los receptores de la planta, lo que activa una respuesta inmune defensiva. En contraste, las modificaciones que enmascaran el peptidoglicano pueden engañar a la planta para que no detecte a la bacteria como una amenaza, lo que facilita la infección o permite una coexistencia pacífica.
# # # El "Código de Barras" Molecular: Una Estrategia Evolutiva # # #
El concepto de un "código de barras" molecular es una metáfora útil para describir cómo las plantas distinguen entre microorganismos patógenos y simbióticos. El patrón de desacetilación en la quitina de los hongos y las modificaciones en el peptidoglicano de las bacterias son estrategias evolutivas que estos microorganismos han desarrollado para interactuar con sus huéspedes vegetales.
Evolución de las Modificaciones: Tanto hongos como bacterias han evolucionado para modificar sus paredes celulares de manera que influencien cómo son percibidos por las plantas. Los hongos simbióticos, por ejemplo, han desarrollado altos niveles de desacetilación en su quitina como una forma de evitar ser detectados como patógenos. De manera similar, las bacterias simbióticas pueden modificar su peptidoglicano para evitar la detección o para minimizar la respuesta inmune de la planta.
Diversidad de Respuestas en las Plantas: Las plantas, por su parte, han evolucionado una amplia gama de receptores que pueden detectar diferentes patrones moleculares en los microorganismos. Esto les permite ajustar su respuesta inmune según el tipo de microorganismo que encuentren, ya sea activando defensas fuertes contra patógenos o promoviendo la tolerancia y simbiosis con microorganismos beneficiosos.
# # # Implicaciones para la Agricultura y la Biotecnología # # #
Comprender cómo las plantas "leen" estos códigos moleculares tiene enormes implicaciones para la agricultura. Si la biotecnología puede manipular estos mecanismos, se podría desarrollar cultivos que sean más resistentes a enfermedades o que se beneficien más de las relaciones simbióticas con microorganismos.
Cultivos Resistentes a Enfermedades: Al seleccionar o modificar genéticamente plantas que puedan reconocer más eficientemente los patrones de desacetilación de la quitina y las modificaciones del peptidoglicano, podríamos desarrollar cultivos que sean más resistentes a infecciones por hongos y bacterias patógenas.
Aprovechamiento de Simbiontes Beneficiosos: Por otro lado, al promover la interacción con hongos y bacterias que tengan "códigos de barras" beneficiosos, podríamos mejorar la absorción de nutrientes y la salud general de las plantas, reduciendo la necesidad de fertilizantes y otros insumos químicos.
El estudio de cómo las plantas reconocen y responden a las modificaciones en la quitina y el peptidoglicano de los microorganismos y en definitiva la pared celular, nos ofrece una ventana fascinante a la compleja interacción entre plantas y microorganismos. Estos "códigos de barras" moleculares son clave para la supervivencia de las plantas, y su comprensión podría revolucionar la agricultura, permitiéndonos cultivar plantas más resistentes y eficientes y desarrollar tratamientos más específicos y respetuosos con el medio ambiente.
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