Nekazal mikrobiologia

Rhizobium jeneroko bakterioak hirustaren sustrai-ilea infektatzen.

Gaur egun, Hirugarren Munduan hain garrantzitsua izan den Iraultza Berdea gertatu ondoren, Iraultza bioteknologikoa hurbildu zaigu. Honek organismo bizien gaitasun biokimiko eta genetikoak gizakiarentzat interesgarri diren helburu praktikoekin lotzen ditu. Bioteknologi teknikak, nekazaritzaren esparruan bi sailotan sailka daitezke: ekoizpen primarioa (landareen hobekuntza eta nitrogeno-finkapenari dagokiena alde batetik) eta hondakinen bioaldakuntza (energia eta janarien ekoizpenari begira) bestetik.

Teknika berri hauek uzta naharoak ekarri dituzte. Adibide gisa, azken hogeitamar urteetan artoaren errendimendua boskoiztu egin da eta arrozaren kasuan 60.000 barietate lortu dira. Prozedura horiek hiru mailatakoak izaten dira: fitologikoak, genetikoak eta mikrobiologikoak. Askotan arlo hauek sakonki loturik aurkitzen dira. Dena den, gure aldetik, nekazal mikrobiologia soilik plazaratuko dizuegu.

Zientzilariek beren esperimentuak egin ostean sarri ondokoa ikusten dute: laborategian biologikoki ederki erantzuten duten bakterioek ez dute modu berean iharduten soroetan, mikroorganismo horiekin loturiko landareen produkzioa oso baxua izanik. Nekazaritzak, beraz, hartzidura-upeletan eta soroetan gertatzen denaren arteko diferentzien adibide ugari eskaintzen digu. Biologook hartzidura-upela oso medio zehatza dela hartu behar dugu kontutan. Izan ere aldagai fisiko, kimiko nahiz biologiko guztiak kontrolatuta daude. Gainera, mikroorganismo-espezie bat besterik ez dago. Nekazaritzari aplikatu nahi izanez gero, mikroorganismoen arteko elkarrekintza zein biosferarekiko harremanak aztertu behar ditugu.

Nitrogenoaren finkapena

Goazen, bada, aplikazio kontretuak ikustera. Nekazal mikrobiologiak, esaterako, arazo interesgarri bat konpon lezake: nitrogenoaren finkapena. Herri askotan ikerketa sakonak egiten hasi dira xede haundi batekin: landareek, beren kabuz, atmosferako nitrogenoa zuzen finkatzea. Dakigunez, baserritarrek ongarri nitrogenatuak bota behar dituzte landareek nitrogenoa har dezaten, horrek dakartzan gastu ekonomiko eta ondorio ekologiko kezkagarriekin. Konponbiderik bikainena, lehen aipatu denez, nitrogenoa airetik finkatzea litzateke, hots, elementu hori biologikoki erabilgarri den eran hartzea. Prozesua ulertzeko, lehendabizi, nitrogenoaren zikloa ikus dezagun:

Nitrogenoaren zikloak konposatu nitrogenatuen iturri handi bien —Atmosfera eta Lurrazala— arteko oreka mantentzen du. Landare berdeek nitrogenoa soilik erabil dezakete elementu hau konposatu kimikoen barruan dagoenean: amoniakoan (NH ₃ ) adibidez. Horregatik ezin dute nitrogenoa atmosferatik zuzenki atera. Izan ere, atmosferan molekula diatomiko eran (N ₂ ) dago. Guzti honen ondorioz nitrogenoa industrialki, prozesu bakteriologiko edo naturalen bidez (esaterako tximist asko duten ekaitzen kasuan) finkatu behar da. Landareek nitrogeno gutxi behar dute, baina etengabe; lurrak nitrogenoa galtzen bait du, drenaiaren bidez eta uzta jasotzean. Gainera ez dugu beste nitrogeno-galera bat ahantzi behar: bakterio desnitrifikatzaileek sorterazitakoa, hain zuzen ere.

Rhizobium jeneroko bakterioek zenbait landare lekadunen sustraiak infektatzen dituzte, baina hau ez da inola ere prozesu patogenikoa. Landareak ostera, harreman sinbiotikoa dauka mikroorganismoarekin: landareak elikagaiak ematen dizkio bakterioari, eta azken honek nitrogenoa (NH ₃ eran) begetalari. Rhizobium lekadunaren sustraietan sartu ondoren, koskor ikusgarriak —nodulu izenekoak— sortzen ditu.

Ikus dezagun sustrai-ile baten zoldura edo infekzioa:

Infekzioan bakterioak sustrai-ileari atxekitzen zaizkio. Landareak eta mikroorganismoak elkar ezagutzen dute proteina espezifikoen bidez. Geroxeago sustrai-ilean sartzen dira eta sustraiko zelula baterantz joko dute. Infekzioak hantura eta zelularen banaketa sortzen ditu. Honen ondorioa nodulua eratzea da. Honek bakterio sinbioteek infektaturiko zelula-multzo dentsoa dauka bere baitan.

Rhizobium -a 1888. urtean isolatua izan zen eta hamabost urte geroago soroetan inokulatzen zen nekazal produkzioa asko handituz. Egun, espezie honen etorki desberdinak turba birrinduarekin batera ontziratzen dira lurretan sakabanatzeko. Nitrogenoa behar-beharrezkoa da landareen metabolismoan. Dakigunez, konposatu biologiko ugaritan hartzen du parte. Esaterako, proteinen unitateek —aminoazidoek, hain zuzen— nitrogenoa behar dute haien arteko lotura peptidikoak eraikitzeko. Landarea hiltzen denean aminoazidoak degradatu egiten dira eta amoniako edo nitrato-ioi (NO ₃ –) eran agertzen dira. Ondoren, bakterio desnitrifikatzaileek nitratoak nitrogeno molekular (N ₂ ) bihurtzen dituzte, azken hau atmosferara itzultzen delarik. Honela ixten da nitrogenoaren zikloa.

Uzta-bilketak, bakterio desnitrifikatzaileek eta euriak sorturiko lur-garbiketak, finkaturiko nitrogeno-galera sorterazten dute. Galdutako nitrogeno hori eman edo hobeto esanda itzuli egin behar zaio lurrari, hurrengo uztako landareek garatzeko beharrezkoak dituzten proteinak sintetiza ditzaten nahi izanez gero.

Nitrogenoaren finkapena ez da Rhizobium jeneroan soilik gertatzen. Beste adibide batzuk ere baditugu: Frankia alni aktinomizeteak —onddo bat— beste horrenbeste egiten du haltzarekin, sinbiosi–harremanetan. Hortaz, basoetan kultibo txandakatzea egin daiteke Douglas izeia eta makalarekin. Beste aldetik bakterio batzuk nitrogenoa bakarrik finkatzen dute, hau da, landareekin sinbiosian egon gabe.

Ikerketak burutzen ari dira Azotobacter vinelandii artoaren sustraiei atxekitzeko asmoz. Gainera, injinerutza genetikoa erabiliz gene batzuk pasarazi ziren Rhizobium -etatik A. vinelandiitara . Horrela azken mikroorganismoa hirustaren sustraietara tinko atxekitzen zen. Teknika genetiko bera erabiliz A. vinelandii artoaren sustraiei atxekitzea lortu nahi da, baina elkartze hori Estatu Batuetan hazten den artoarekin ezinezkoa da, oraingoz behintzat. Ikerketa aurreratuen helburua nitrogenoa finkatzeko geneak laboreetan sartzea litzateke. Dena den, hori oso zailtzat jotzen da.

Berkeley-n dagoen Kaliforniako Unibertsitateko biologo batzuek Pseudomonas putida bakterioa azukre-erremolatxa edo patatei gehituz gero landare hauen errendimendua handitu egiten dela aurkitu dute. Mikroorganismoak, antza denez, zenbait konposatu kimiko jariatzen du eta substantzia hauek lurreko burdinarekin konbinatzen dira. Onddo eta bakterio patogenoek sorturiko burdin forma berri hau ezin dute asimilatu. Hortaz mikroorganismo patogenoek ezin diote landareari eraso.

Rhizobium generoko bakterioak sustrai-ileak infektatzen.

Genetika mikrobianoa nekazal arloan

Arazo honen muinean azido desoxirribonukleikoa (ADN) dago. Hau bait da, izan, zelulen portaera —eta, ondorioz, landare, animalia edo mikrobioen portaera— gidatuko duten agindu genetikoak kodeturik daramatzana. ADN molekula amaigabe hori zatitan bana daiteke —genetan—, eta zati horien menpe daude ezaugarri espezifikoak. Organismo desberdinetatikako ADN-zatiak era artifizialean konbinatuta sortzen den produktuari ADN birkonbinatzaile deitzen zaio.

Manipulazio genetikoetan datza azken hamar urteotan bioteknologiak egin duen aurrerapen izugarria: mikrobioak eta beste organismo zelulabakar batzuk erabiltzean. Hain zuzen, horietatik abiatuz zenbait sendagai eta substantzia baliagarri lortu eta prozesu industrialei bultzada eman zaie.

Nekazal mikrobiologian beste estrategia genetikoa erabiltzen da sarritan: landarearen gene bat bakterioan sartzea. Horretarako zenbait entzima erabiliz (murriztapen-endonukleasak) mozten dugu interesatzen zaigun genea eta gero bakteriora sartuko dugu plasmido —kromosoma bakterianotik at dagoen ADN-zati bat— edo birus baten bidez. Honela laborategi askotan gene begetalak Escherichia coli ra sartu dira. Horrek ez du esan nahi bakterioak gene horri dagozkion proteinak produzituko dituenik. Mekanismo genetiko hauek ez daude zeharo argi. Noizbait hau lortuko balitz, proteina begetalak bakterioak hartzidura-upeletan haziz erdietsiko lirateke.

Mikroorganismo batetik landare baterako gene-transferentzia, mikrobiologiak nekazaritzari laguntzeko erabiltzen duen metodorik finenetariko bat da. ADN birkonbinatzailea erabiliz, gene begetalen arloa gene animaliena baino askoz atzeratuago dago zalantzarik gabe. Hala ere, gene arrotzak sartzeak oinarri berdinak dauzka, jatorrizko zelula animal, begetal ala bakterianoa izan arren. Geneak landare-zeluletan sartzeko eremuan zenbait ikerketa burutu dira.

Esate baterako Agrobacterium tumefaciens bakterioak landare dikotiledoneo gehienak infektatzen ditu. Aipaturiko mikrobioak plasmido bat darama. Honek tumoreak sorterazten ditu landare horietan. Zoldura-mekanismo honi kolonizazio genetiko deritzo. Prozesu honetan plasmidoaren ADN-zati bat (ADN-T) elkartzen da zelula begetalaren ADN-arekin. Hori dela eta, plasmidoa ADN arrotza zelula begetaletan sartzeko bektore (eramale) gisa erabil liteke, 4. irudian ikus dezakegunez.

Plasmidoa ADN-T-aren barruko puntu batean ebaki eta hutsune bat uzten dugu. Hori gene arrotzak beteko du. Gero ADN-T errepikatzen da zelula tumoralen zatiketa gertatzen den unean, eta ehun-kultibo batean dauzkagun zelula tumoralek ADN-T eramango dute. Zenbait kasutan landare osoa birsortuko da, kultibatutako zelula tumoralak abiapuntu izanik. Prozesu honen ondorioz ADN-T-ek birsorturiko landarearen kromosometan irauten du. Are gehiago, ADN-T barruan dagoen gene berria, hurrengo landare-balaunaldira gene gainartzaile izanik pasatuko da.

"Kuala-Lumpur (Malaysia) hiriko laborategi honetan, bioteknologo malaysiar batzuk, kalitate hobeko olio-palmondoak erdiesteko programa baten barne, in vitro hazkuntzaz arduratzen dira".

Guzti honen ondoriorik azpimarragarriena honakoa litzateke: ADN-T-a barruan sorturiko gene arrotzak ondorengoetara igaro eta landare-barietate berriak lortuko lirateke. Koloniako Landare-Hobekuntzarako Max Planck Institutuan lan egiten duen zenbait zientzilarik lehenago azaldutako guztia egiaztatu du tabako-landarea eta opina sintetasa izeneko entzima kodetzen duen genearen kasuan.

Sussex Unibertsitateko ikerlari-talde batek beste transferentzia genetiko bat ere lortu du. Oraingo honetan, Klebsiella pneumoniae bakterioan nitrogenoaren finkapenaz arduratzen diren geneak, E. coli ren plasmido batera sartu eta gero legami batera sartu dute. Hau oso aurrerapausu zientifiko txalogarria da. Izan ere, legamiak eukariotoak dira eta beraz landareekin filogenetikoki (senidetasun-maila aldetik) hurbilago daude.

Beste hirugarren ikerketa-mota bat Berkeley-n dagoen Kaliforniako Unibertsitateko ikerlarien konstatazio bat da, hots, marrubi-landareei izotzak hainbesterainoko kaltea egiten badie, izotz-kristalak erakarri eta finkatzen dituzten bakterioak hostotan bizi direlako dela. Fenomeno hori mikrobio horien proteina baten eragina da eta kaliforniar biologoek horren sortzaile den genea kendu ahal izan dute, eta horri esker, marrubi-landareak bakterio antiizotz horrekin trataturik, eta berez ugalduko den esperantzan, izotzaren kalte handiak, bukarazi egingo dituztela espero dute, epe baten barruan.

Beste gauza batean ere badute injineru genetikoek esperantzarik; alegia, ingurua kutsatu ohi duten intsektizida kimikoen ordez erabili ahal izango liratekeen intsektizida biologikoak (hots, ingurua kutsatzeke parasitoak akabatuko lituzketenak) hobetzean. Adibidez, duela urte batzuez gero espezie kaltegarriak akabatzeko erabiltzen den Bacillus thuringiensis baziloaren emaitzak hobetzea lortzen ari dira ADN birkonbinatzailearen teknikei esker. Aipagarria da Ingalaterrako iparraldeko pinuak jotzen dituen harraren kasua. Beste eskualde batzuetan beldar parasitoen ugalmena berez kontrolatua dago harrak infektatzen dituen bakuolo-birus bati esker.

Orain birus hori kultibatu egiten da pinuditan zabaltzeko eta bere eragin suntsitzailea indartzeko asmoz. Oraingoz esperimentuak aldatu gabeko birus batekin egiten dira, baina gene-koderik gabeko ADNaren zati batean birusak marka bat daramala, horrela bere hedapena edo erresistentzia in situ aztertu ahal izateko. Dena ondo joanez gero, birusari toxina intsektizida bat sintetizatzeko gai egingo duen gene bat txertatuko zaio. Teknika hauek beste herrialdeetan ere intsektu kaltegarrien aurka burrukatzeko bide zabalak urratzen dituztela ez dago esan beharrik.

Bioteknologiaren aurrerapenak

Bioteknologiak nekazal arloan Iraultza Berdearekiko izan duen aurrerapausoa ezagutzeko, ondoko taulan bien arteko diferentziak ikusiko ditugu:

Nekazal mikrobiologiari buruzko ikerketa-erakundeak

Zientzilari gehienen ahotan dabilen esaera, eremu honetan ere ikerketarako diru-laguntzak oso urriak direla da. Dakusagun, bada, kexa hauek arrazoizkoak diren ala ez.

EEBBtako kasuari dagokionez, 1982.ean Reagan-en gobernuak Nekazal Sailari 691 milioi dolar eman zizkion ikerketarako. Hau urte hartan oinarrizko ikerketa eta aplikatuarentzako presupuestoaren % 5,3 zen. Alabaina, diru-kopuru horretatik zati txiki bat soilik heldu zen nekazal mikrobiologiaren arloraino. Adibide gisa Nitrogeno-finkapenari buruzko oinarrizko ikerketan, landare-hobekuntzarako mekanismo genetikoak, ingurugiroko presio-egoerak, landare-hazkuntza eta giza elikadurarako beharrizanetako oinarrizko ikerketan 26 milioi dolar besterik ez ziren gastatu.

Bestalde, mikrobiologi arloak 4,6 milioi jaso zuen. Hauek, begi bistakoa denez, oso zifra murritzak dira eta herri aurreratuenean gertatzen da. Beraz Hirugarren Munduan egoera askoz ere kezkagarriagoa dela aise susma daiteke eta ezin dugu ahaztu herri pobre hauetan nekazaritzaren arloko beharrak izugarri handiak direnik, gosetearen mamua etengabeki aurrera doanez gero.

Hurrengo taulan bioteknologoen kopuruak konpara daitezke:

Nabaria denez, garapidean diren herrialdeek aditu eta bioteknologoen falta izugarria dute. Zalantzarik gabe, lurralde eta nazioarteko lankidetza bide egokienetarikoa da, arlo honetan, herrialde pobreetara aldatzeko eta hauei egindako promesak betetzeko. Baita arazo honek planteiatzen dituen problemak konpontzeko ere. Aipaturiko lankidetza hau, aldebiko akordioen bitartez bideratzen da, sektore pribatuko enpresa eta erakundeen artean. UNESCO barruan, esaterako, gai hauetaz arduratzen diren erakunde eta bilkurak ondokoak dira:

Unesco

ERAKUNDEA

1.- MIRCEN: Microbiological Resources Centers (Baliabide mikrobianoetarako zentruak). Mundu-mailako sarea da.

Helburua: zepa mikrobianoen bilketa, ardura eta erabilpena, nazioen garapena eta nazioarteko lankidetzari begira.

BIDEAK

2.- GIAM: Mikrobiologia aplikatuak mundu-mailan dituen ondorioei buruzko bilkura zientifikoak.

Helburua: Herrialde industrialduen eta garapidean direnen arteko lankidetza sustatzea, tokian tokiko ikerketa eta prestakuntza bultzatzea.

3.- NAZIO BATUEN ORGANISMO ETA ERAKUNDE EZ-GOBERNUTARREKIKO

4.– ESKUALDE-MAILAKO ERAKUNDEEKIKO LANKIDETZA:

Herri garatuetako adibide bat, Monsanto enpresaren negutegiak.

Iturria: Céres, FAO/Buttel et al.