From the Field El lado invisible de la ciencia: protegiendo los cultivos a través de la nanotecnología
La tecnología de punta que rastreó el COVID es igualmente adecuada para identificar y reducir la propagación de virus de plantas, en particular la enfermedad de la Escoba de Bruja de la yuca en el Sudeste Asiático. Descubra cómo investigadores de Colombia y Laos han utilizado la secuenciación del ADN para detectar y estudiar enfermedades en diversos cultivos.
Secuenciando la raíz de la enfermedad de la Escoba de Bruja en la yuca
En el sudeste asiático, la mayoría de pequeños agricultores dependen de la yuca: sus raíces ricas en almidón constituyen la base de una industria que sostiene a millones de ellos. Sin embargo, en la última década la enfermedad de la Escoba de Bruja en el cultivo de yuca ha debilitado las plantas, reduciendo la producción a niveles que apenas permiten a los agricultores afectados subsistir.
Comparación de plantas de yuca afectadas por la escoba de bruja en Laos. Foto: Alie Galeon
Aunque los tallos delgados y frágiles, junto con los brotes laterales que crecen de manera desordenada, confieren a las plantas el característico aspecto de "escoba", estos síntomas suelen manifestarse en etapas avanzadas del desarrollo, lo que dificulta que los agricultores y los agentes de extensión agraria reconozcan a tiempo los signos de la enfermedad. Un mejor conocimiento del "agente causal" puede acelerar el diagnóstico de las plantas enfermas.
En un avance reciente, los investigadores de la Alianza compararon el ADN de muestras sanas y enfermas para revelar el culpable subyacente a la enfermedad: el hongo del género Ceratobasidium. Con estos hallazgos, publicados en Scientific Report, los fitopatólogos de Laos, Camboya, Vietnam y Tailandia pueden rastrear y detener mejor la propagación de la enfermedad de la Escoba de Bruja.
Vientiane, Laos: rodeados de campos de yuca, los investigadores de la Alianza Wilmer Cuellar y Alejandra Gil Ordoñez hacen una demostración de la tecnología portátil de nanoporos a fitopatólogos de la región en un nuevo laboratorio conjunto del Instituto Nacional de Investigación Agrícola y Forestal (NAFRI, por sus siglas en inglés). Video: Eliot Gee
Aplicando la Tecnología de Nanoporos
¿Cómo se logró este descubrimiento? Para encontrar la respuesta, necesitamos viajar a Cali, Colombia.
Cuatro años antes de la pandemia, el laboratorio de virología de la Alianza de Bioversity Internacional y el CIAT ya había comenzado a implementar una nueva tecnología para el diagnóstico de enfermedades en los cultivos de yuca. Sin embargo, en 2020, cuando empezaron aparecer las primeras variantes del COVID-19, el Grupo de Virología y Protección de Cultivos liderado por Wilmer Cuellar, pasó de secuenciar enfermedades en plantas a colaborar con el Instituto Nacional de Salud de Colombia para secuenciar la variación genética del SARS-CoV-2, virus que causaba el COVID-19.
Durante este tiempo, Ana María Leiva y Leidy Viviana Domínguez, del equipo de virología, tuvieron una misión clave: analizar y secuenciar hasta 96 muestras de COVID-19 diarias con el apoyo de la tecnología de secuenciación Oxford Nanopore. Estas muestras, enviadas por el Instituto Nacional de Salud de Colombia, se analizaban para poder identificar las diferentes variantes del virus utilizando la nanotecnología, ilustrando cómo la ciencia y la tecnología pueden transformar nuestra comprensión del mundo en múltiples escenarios.
La vanguardia de la nanotecnología en la Alianza
En el escenario de la innovación científica, surge una protagonista que se une y complementa el esfuerzo humano: la nanotecnología. Este campo abarca el mundo de lo imperceptible para el ojo humano, facultándonos para manipular y comprender estructuras a una escala molecular.
Desde 2017, la Alianza de Bioversity International y el CIAT ha incorporado activamente la nanotecnología en sus investigaciones, específicamente a través de la tecnología de secuenciación de ADN/ARN de Oxford Nanopore. Esta avanzada herramienta permite conocer los misterios más profundos de la vida vegetal, identificando con precisión agentes patógenos como virus, bacterias y hongos que afectan a los cultivos.
En el laboratorio de virología vegetal de la Alianza en Palmira (Colombia), los investigadores utilizan la tecnología de nanoporos para analizar secuencias de ADN. Foto: Elizabeth Ramírez
En 2017, la Alianza marcó un hito al adquirir la tecnología de secuenciación Oxford Nanopore, siendo la primera en Colombia en hacerlo.
La lupa del futuro en el diagnóstico de enfermedades en las plantas
Las plantas, al igual que los seres humanos, también se enferman. Tal como nosotros acudimos al médico para un diagnóstico preciso cuando nos sentimos mal, las plantas también requieren un análisis detallado para determinar la causa de su enfermedad. Este diagnóstico meticuloso es el primer paso en el desarrollo de soluciones efectivas, un proceso que puede tomar años de investigación.
"Cuando se descubre cuál es el patógeno presente en un cultivo, se puede implementar un método de diagnóstico adecuado, buscar variedades resistentes e integrar ese diagnóstico en los procesos de selección de variedades", señala Ana María Leiva, investigadora senior de la Alianza.
En los laboratorios de la Alianza, el equipo de virología de yuca, que lidera Wilmer Cuellar y está compuesto por siete personas entre biólogos, bioinformáticos y microbiólogos —incluyendo a Leidy Viviana, Ana María Leiva, Alejandra Gil y Diana Lopez —, se viste con guantes y batas para dedicarse al diagnóstico y estudio de enfermedades en plantas. Utilizando la tecnología Nanopore, entre otras herramientas de diagnóstico vegetal, buscan soluciones innovadoras y precisas a los desafíos agrícolas del momento. Pero, ¿qué es lo que hace a esta tecnología tan especial y cómo ha revolucionado el análisis virológico?
La secuenciación de nanoporos es una técnica avanzada que permite la lectura directa de cadenas de ácido nucleico al pasar por minúsculos poros a nivel nanométrico. Esto no solo mejora la precisión reduciendo errores, sino que también acelera enormemente el proceso. En comparación con técnicas convencionales que pueden tardar días o semanas, esta rapidez es vital para el diagnóstico temprano y eficaz de patógenos y virus en plantas.
La tecnología portátil de nanoporos es útil para laboratorios de campo y lugares remotos. Foto: Elizabeth Ramírez
La portabilidad de la tecnología Oxford Nanopore la convierte en una herramienta adaptable para una variedad de escenarios, desde laboratorios de vanguardia hasta campos agrícolas, incluso habiendo sido utilizada en aplicaciones espaciales.
Fortaleciendo la nanotecnología en América Latina
En los últimos años, la Alianza está fortaleciendo capacidades colaborando con instituciones en Perú como el INIA y SENASA. Estos esfuerzos están centrados en proporcionar formación sobre detección de plagas y enfermedades en los cultivos, haciendo uso precisamente de la tecnología Nanopore. Mientras tanto, en el campus de la Alianza en Palmira, el laboratorio de virología ha puesto en práctica esta herramienta diagnóstica en cultivos. Un ejemplo de su aplicación es el análisis del cultivo de banano ante la llegada del hongo Fusarium raza 4 tropical.
Wilmer Cuéllar, Científico Senior de la Alianza, enfatiza la importancia de esta tecnología no solo en términos científicos sino también en términos de seguridad alimentaria: "Queremos colaborar con grupos enfocados en enfermedades del cultivo de cacao, un soporte vital para muchos agricultores. Diagnosticar enfermedades en este cultivo no es solo crucial científicamente, se trata de un asunto de seguridad alimentaria", menciona.
En 2020, el laboratorio de virología de la Alianza colaboró con el Instituto Nacional de Salud de Colombia, cooperando con instituciones gubernamentales en el análisis de más de mil muestras que permitieran identificar diversas variantes del COVID-19.
La aplicación de la tecnología Oxford Nanopore no se limita al equipo de virología dentro de la Alianza; otros grupos de investigación como el laboratorio de edición genética, también han adoptado esta metodología, ampliando aún más el alcance y el impacto de la nanotecnología en la agricultura.
Es así, como esta herramienta se pone al servicio de la ciencia y la agricultura, brindando información precisa que no solo ayuda a diagnosticar enfermedades en plantas, sino que también contribuye a la lucha por la seguridad alimentaria.
La nanotecnología, en esencia, es el puente entre lo que vemos y lo que apenas podemos imaginar. Esta revolucionaria innovación abre una ventana hacia el mundo microscópico de la vida vegetal y los patógenos, redefiniendo la forma en que comprendemos y combatimos las enfermedades que afectan los cultivos.
De vuelta en Vientiane, la tecnología de nanoporos permite a los agentes de extensión agrícola hacer un mejor seguimiento de la enfermedad de la escoba de bruja de la yuca. Foto: Alie Galeon
Conozca al equipo
Wilmer Cuellar
Senior Scientist
Alejandra Gil-Ordóñez
Research Associate