LOGAN, UTAH — Uma solução para os muitos desafios da agricultura — seca induzida pela mudança climática, menos terras aráveis ​​e diminuição da qualidade da água, para citar alguns — é desenvolver fertilizantes mais inteligentes. Esses fertilizantes visariam não apenas nutrir a planta, mas também maximizar os efeitos positivos das bactérias do solo sobre a planta. Explorar o microbioma de uma planta pode ser a camada extra de defesa que as culturas precisam para prosperar.

Em seu estudo publicado em 4 de dezembro em Natureza: Relatórios Científicos, pesquisadores da Utah State University analisaram os efeitos de dois estressores abióticos em Pseudomonas chlororaphis O6 (PcO6), uma bactéria promotora da saúde nativa das raízes do trigo seco no norte de Utah. Eles descobriram que o estresse pode causar mudanças na composição das estruturas extracelulares da bactéria chamadas vesículas da membrana externa, ou OMVs. Os cientistas sabem há muito tempo que as células bacterianas liberam OMVs, mas este estudo pergunta quais fatores levam à sua liberação e como as inúmeras funções dessas estruturas podem ser aproveitadas para o benefício da cultura.

A chave para este estudo é entender que as bactérias nem sempre são ruins.

“Há muito mais ênfase no que é chamado de 'revolução do microbioma', você sabe, o fato de que você carrega dois quilos de bactérias em seu corpo agora, e não é de todo ruim; na verdade, tudo é bom”, disse David Britt, professor titular de engenharia biológica no estado de Utah. “As plantas também têm um microbioma, ou 'segundo genoma', e tentar entender como esse microbioma interage com o meio ambiente e sua planta hospedeira é muito importante.”

Também é fundamental para este estudo entender que o estresse pode ser bom. A bactéria aqui estudada, por exemplo, protege o trigo da seca formando uma película em torno de suas raízes. Mas, ao introduzir pequenas partículas de micronutrientes, esses benefícios podem ser fortalecidos.

“Um pouco de estresse é necessário”, disse Britt. “Você pode realmente preparar todo o sistema para se sair melhor sob a seca.”

Igualmente importantes para os resultados são o instrumento e os algoritmos usados ​​no estudo. Esta é a primeira vez que os pesquisadores usaram a espectroscopia Raman para estudar OMVs de bactérias colonizadoras de raízes. “Poderíamos ter feito muitos testes caros para descobrir todas essas coisas diferentes que estávamos interessados ​​em observar”, disse Elizabeth Vargis, professora associada de engenharia biológica da USU.

Em vez disso, explicou Vargis, o uso da espectroscopia Raman juntamente com um algoritmo de aprendizado de máquina permitiu que eles identificassem o tipo de estresse que as bactérias estavam enfrentando ao liberar essas OMVs e as mudanças de composição dependentes do estresse nelas. Essas mudanças observadas têm implicações na comunicação célula a célula e na comunicação bactéria-planta, que são essenciais para uma melhor compreensão do microbioma.

O estudo foi apoiado em parte pela National Science Foundation, pela Utah State University Agriculture Experiment Station e pelo USDA National Institute of Food and Agriculture, mas suas implicações vão além da agricultura. A espectroscopia Raman apoiada pelos algoritmos de aprendizado de máquina é uma ferramenta poderosa que pode ser usada em qualquer estudo biológico. “Uma célula cancerígena em seu corpo liberará vesículas extracelulares antes que possamos detectar o câncer por meio de outros métodos”, disse Britt. “Esta é uma técnica muito sensível.”

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