Evaluación de endolisinas con capacidad bactericida contra bacterias fitopatógenas de importancia económica

Abstract

Pseudomonas syringae pv. syringae (Pss) es responsable de la enfermedad conocida como "cáncer bacteriano” en cerezos. Esta bacteria patógena puede causar diversos signos en los árboles, como manchas necróticas en hojas, tallos y frutas, lo que resulta en una disminución en la calidad y rendimiento del cultivo. Por otro lado, Xanthomonas arboricola pv. juglandis (Xaj) es el agente etiológico de la peste negra del nogal, una enfermedad presente en todos los nocedales a nivel mundial, que también con las condiciones adecuadas del desarrollo de la enfermedad puede provocar mermas productivas significativas. Estas enfermedades tienen tratamientos clásicos con agroquímicos a base de cobre y últimamente antibióticos, su uso prolongado ha generado una creciente selección de cepas resistentes. Actualmente, los esfuerzos se han centrado en el desarrollo de nuevas estrategías de biocontrol que sean eficientes y amigables con el medio ambiente, como es el caso de los bacteriófagos (fagos). Estos han demostrado ser una opción para el control de Xaj y Pss debido a sus capacidades para infectar y lisar a sus hospederos. Sin embargo, tienen limitaciones como que se debe contar con una exhaustiva caracterización de las cepas hospederas, dado su especificidad de infección. Por otra parte, los avances en técnicas moleculares han permitido conocer y caracterizar en detalle la biología de los fagos. Esto ha permitido identificar proteínas de alto interés biotecnológico como son las endolisinas. Las endolisinas son enzimas que están presentes en los genomas de los fagos y desempeñan un papel crucial en la lisis bacteriana al finalizar el ciclo replicativo. Su función es hidrolizar la pared celular de las bacterias infectadas de modo de liberar la nueva progenie viral al medio. Esta actividad tiene interesantes aplicaciones biotecnológicas como antibacteriano. Diversos estudios han demostrado su eficacia en áreas como medicina humana y veterinaria; sin embargo, a la fecha no se han reportado su uso para el control de Pss y Xaj. En esta memoria, se identificaron tres familias de endolisinas en bacteriófagos que infectan cepas de Xaj y Pss. De estas, 12 se clasificaron como glucosidasas, 4 como amidasas y 1 como endopeptidasa. Se evaluó la actividad antimicrobiana de dos enzimas contra las bacterias fitopatógenas Pss y Xaj, para ello se seleccionaron dos endolisinas: una de la familia de las glucosidasas y otra de las amidasas, provenientes de los fagos Xaj_4,1 y Pss_63, respectivamente. Los resultados indicaron que las endolisinas disminuyeron significativamente la viabilidad de las bacterias fitopatógenas en pruebas in vitro. En el caso de las amidasas lograron reducir la viabilidad de Pss en hasta un 99,9 % y Xaj en hasta un 95%. De manera similar, las glucosidasas redujeron la viabilidad de Pss en un 99,9 % y Xaj en hasta un 95%. Esto sugiere que poseen un gran potencial como agentes de biocontrol.

Pseudomonas syringae pv. syringae (Pss) is responsible for the disease known as "bacterial canker" in cherry trees. This pathogenic bacterium can cause various symptoms in the trees, such as necrotic spots on leaves, stems, and fruits, resulting in a decrease in the quality and yield of the crop. On the other hand, Xanthomonas arboricola pv. juglandis (Xaj) is the causal agent of walnut blight, a disease present in walnut orchards worldwide, which, under suitable conditions for disease development, can lead to significant production losses. These diseases have been traditionally treated with copper-based agrochemicals and, more recently, antibiotics. However, prolonged use of these treatments has led to an increasing selection of resistant strains. Currently, efforts have focused on developing new biocontrol strategies that are efficient and environmentally friendly, such as the use of bacteriophages (phages). Phages have shown promise in controlling Xaj and Pss due to their ability to infect and lyse their hosts. However, they have limitations, such as the need for thorough characterization of host strains due to their specificity of infection. Moreover, advancements in molecular techniques have allowed for a detailed understanding and characterization of phage biology. This has enabled the identification of proteins of high biotechnological interest, such as endolysins. Endolysins are enzymes present in the genomes of phages and play a crucial role in bacterial lysis at the end of the phage replication cycle. Their function is to hydrolyze the cell wall of infected bacteria, thereby releasing the new viral progeny into the environment. This activity has interesting biotechnological applications as antibacterial agents. Various studies have demonstrated their efficacy in fields such as human and veterinary medicine; however, to date, their use for controlling Pss and Xaj has not been reported. In this study, three families of endolysins were identified in bacteriophages that infect strains of Xaj and Pss. Among these, 12 were classified as glycosidases, 4 as amidases, and 1 as an endopeptidase. The antimicrobial activity of two enzymes against the phytopathogenic bacteria Pss and Xaj was evaluated. Two endolysins were selected: one from the glycosidase family and the other from the amidase family, derived from the phages Xaj_4,1 and Pss_63, respectively. The results indicated that the endolysins significantly reduced the viability of the phytopathogenic bacteria in in vitro tests. Amidases reduced the viability of Pss by up to 99.9% and Xaj by up to 95%. Similarly, glycosidases reduced the viability of Pss by 99.9% and Xaj by up to 95%. This suggests that they have great potential as biocontrol agents.