Toxinas bacterianas causantes de necrosis en plantas
Eva Arrebola Díez
Una de las bacterias fitopatógenas más estudiada es
Pseudomonas syringae, causante de importantes daños en cultivos
hortícolas y de árboles frutales. Como ya se señaló
en números anteriores, [ver Encuentros
en la Biología, 34 (1996)], esta bacteria, al igual
que muchas otras bacterias fitopatógenas, produce una serie de sustancias
al interaccionar con la planta hospedadora que incrementan su virulencia.
Un grupo muy importante de este tipo de sustancias (denominadas factores
de virulencia), son las fitotoxinas, cuyo mecanismo de acción es
muy variado.
En general, se pueden distinguir dos modos de acción fitotóxica:
unas toxinas actúan como antimetabolitos en rutas de biosíntesis
de aminoácidos; y otras como desestabilizadores celulares, [ver
Encuentros en la Biología,
43 (1997)]. Este último grupo está compuesto por
fitotoxinas del tipo de las siringomicinas y las siringopeptinas, producidas
por cepas de P. syringae pv. syringae, y responsables de la aparición
de los síntomas necróticos en el punto de ataque bacteriano
en la planta enferma. Ambos tipos de fitotoxinas, siringomicinas y siringopeptinas,
tienen una composición muy similar, consistente en un ácido
graso de longitud variable unido a un péptido cíclico a modo
de cabeza de la molécula (lipodepsipéptido); que les confiere,
además de actividad fitotóxica, actividad antimicrobiana.
Sin embargo, varían en el espectro de acción antimicrobiano,
ya que las siringomicinas poseen mayor capacidad antifúngica, y
las siringopeptinas actúan con mayor actividad sobre bacterias gram
positivas, [Quigley y Gross, Molecular Plant-Microbe Interactions,
7:78-90, (1994)]. La diana de las toxinas lipodepsipeptídicas
de esta bacteria está ubicada principalmente en la membrana plasmática
de la célula hospedadora; recientemente se ha demostrado que las
siringomicinas inducen poros transmembranales en bicapas lipídicas
artificiales, causando un incremento en la conductancia de los canales
iónicos, y dando lugar al flujo pasivo de iones a través
de la membrana y por tanto a fluctuaciones incontroladas de sus niveles
a ambos lados de la misma. Así, pequeñas cantidades de siringomicinas
causan un incremento en el paso transmembranal de K+, H+ y Ca++ , lo que
resulta letal para la célula, y provoca la formación de manchas
necróticas en el tejido enfermo. Por ejemplo, la entrada de Ca++
de forma masiva, da lugar a la activación de una cascada de reacciones
asociadas a señales celulares, que da como resultado la incorporación
de calosa en el interior de las paredes de las células vegetales
incrementando su grosor, [Hutchison y Gross, Molecular Plant-Microbe
Interactions, 10: 347-354 (1997)].
El hecho de que P. syringae pv. syringae produzca, además,
fitotoxinas lipodepsipeptídicas de la clase de las siringopeptinas,
sugiere que la producción de toxinas podría representar un
papel importante en la interacción patógeno-planta. A esto
contribuye el hecho de que mutantes incapaces de producir siringomicinas,
debido a la inactivación de genes involucrados en su biosíntesis,
como syrB o syrC, reduzcan su virulencia en un 35%. Sin embargo,
estos mismos mutantes, pueden recuperar la virulencia a niveles similares
a los de las cepas salvajes por la producción de grandes cantidades
de siringopeptinas.
Ambos tipos de fitotoxinas actúan simultáneamente causando
variaciones en los niveles de electrolitos en las células vegetales,
y produciendo la muerte celular, y por tanto, dando lugar a la aparición
de síntomas necróticos en los tejidos afectados. En cambio
el análisis comparativo de la actividad fitotóxica observando
las tasas de respiración, variaciones de la actividad ATPasa y medidas
de potenciales de membrana en mitocondrias de células vegetales,
señalan a las siringopeptinas como moléculas con mayor potencial
fitotóxico que las siringomicinas. De hecho, esta diferencia se
observa de forma experimental cuando preparaciones de mitocondrias de origen
vegetal son incubadas, durante cinco minutos y por separado, con cada una
de estas toxinas purificadas antes de añadirles el sustrato de la
respiración. Los resultados indican que solamente se necesita 0,1
mM de siringopeptina para producir un desajuste total de la fosforilación
oxidativa, mientras que se necesita una concentración cien veces
mayor (10 mM) de siringomicinas para poder detectar algún efecto
inhibidor, [Di Giorgio et al., Physiological and Molecular Plant Pathology,
48: 325-334 (1996)]. De acuerdo con estos resultados se ha confirmado
que aunque las siringomicinas se producen en mayor cantidad por las cepas
de P. syringae pv. syringae, tienen un menor o nulo efecto sobre
las mitocondrias de las células hospedadoras, mientras las siringopeptinas,
aun estando en menor proporción, llegan a afectar a la respiración
celular de manera más intensa. Esto no significa que las siringopeptinas
sean más útiles para la bacteria, ya que aun siendo las siringomicinas
y las siringopeptinas dos moléculas muy parecidas y con efectos
similares, tienen cometidos distintos en el desarrollo de la enfermedad
en la planta. De hecho, se ha planteado la posibilidad de que siringopeptinas
y siringomicinas no se liberasen de igual forma en la naturaleza [Iacobellis
y cols., Physiologycal and Molecular Plant Pathology, 40:
91-105 (1992)]. Los experimentos que realizaron se centraron en la adhesión
de siringomicinas y siringopeptinas a macromoléculas, demostrando
que la acción fitotóxica y antifúngica aparecía
en la parte del cultivo correspondiente a siringomicinas unidas a macromoléculas,
por lo tanto, lo que llamamos siringomicinas podría ser una mezcla
de dos sustancias, una de bajo peso molecular correspondiente a la toxina
y otra distinta de alto peso molecular. Este no parece ser el caso de las
siringopeptinas, ya que estas no parecen unirse a ningún tipo de
macromolécula. Así, el componente principal de las siringopeptinas,
siringopeptina 25A, es responsable de la actividad fitotóxica de
forma directa, mientras que las siringomicinas son responsables de la actividad
antimicrobiana.
Aunque el complejo de siringomicinas es posiblemente secundario en
la patogénesis, podría ser importante en la autoprotección
de P. syringae pv. syringae, o de forma más general, podría
estar implicado en la competencia y supervivencia de la bacteria en su
hábitat natural, ya que P. syringae pv. syringae es una bacteria
que puede sobrevivir largos periodos de tiempo en la superficie de la planta
y producir sustancias antimicrobianas durante la fase epifita y minimizar
así las invasiones secundarias de los tejidos infectados.
Por tanto, la combinación del poder antifúngico de las
siringomicinas, y del poder citotóxico de las siringopeptinas, así
como el poder detergente de ambas, proporcionan a P. syringae pv.
syringae armas fundamentales para competir e interaccionar con otros microorganismos
presentes en su nicho biológico, así como facilitar la inducción
de necrosis en el tejido vegetal y facilitar el inicio de la enfermedad.
Eva Arrebola Díez es doctoranda en el depto. de Microbiología
de la Universidad de Málaga