Espécies de Bacillus e a sua versatilidade para formulação de bioinsumos de uso agrícola

 

Por que os produtos biológicos bacterianos, registrados para uso na agricultura, são majoritariamente formulados com as espécies de Bacillus spp.?

A formulação, sem dúvidas é uma das etapas mais importantes para o desenvolvimento de um produto biológico para agricultura. A formulação deve garantir, entre outras características, a estabilização do produto, a proteção celular, o shelf life... Ao se utilizar espécies de Bacillus parte destes problemas são resolvidos devido a capacidade destas espécies em produzir endósporos. 

Endósporos são estruturas de resistências que são formados e "nutridos" completamente dentro de uma célula mãe, a qual deve ser lisada para liberar o endósporo no meio ambiente (Figura 01)

Figura 01: O ciclo de esporulação e germinação em Bacillus subtilis. 

Fonte: McKenney et al. (2013)

Para além da produção de endósporos, as espécies de Bacillus são metabolicamente muito diversas e apresentam potencial para utilização em diversos segmentos, havendo relevante destaque para a agricultura.

Bacillus thuringiensis: espécie amplamente distribuída em diversos ambientes, conhecida como o bioinseticida microbiano de maior sucesso contra diferentes ordens de insetos pragas na agricultura. Cepas dessa espécie produzem, durante a fase de esporulação, proteínas cristais (Cry), que são tóxicas para uma ampla variedade de insetos pragas, como Lepidóptera, Coleóptera e Díptera. Esta espécie tem sido amplamente estudada com potencial para outras características como: toxicidade contra nematoides, ácaros e carrapatos, efeitos antagônicos contra bactérias e fungos patogênicos de plantas e animais, atividades de promoção de crescimento de plantas (PGPR), biorremediação de diferentes metais pesados e outros poluentes, biossíntese de nanopartículas metálicas, produção de biopolímero de poli-hidroxialcanoato e atividades anticâncer.

Bacillus subtilis: espécie amplamente distribuída no ambiente. Isolados da espécie aumentam a captação de N, solubilização de fosfato, produção de sideróforos e fitohormônios, promovendo crescimento vegetal. Seu efeito na supressão de doenças está relacionada com a síntese de antibióticos, competição por espaço e nutrientes, lise das hifas do patógeno e indução de resistência.

Bacillus licheniformis: é uma bactéria saprófita que ocorre em plantas e solos e é anaeróbica facultativa. A produção e secreção das enzimas catabólicas (proteases, quitinases e glucanases) e outras pequenas moléculas contribuem com a sua atividade contra nematoides. Há resultados comprovando seu efeito contra fungos fitopatogênicos a partir da síntese de uma proteína antifúngica extracelular, que um forte efeito inibitório.

Bacillus pumilus: cepas da espécie já foram relatadas como causadoras de doenças em humanos (bacteremia, intoxicação alimentar), em plantas (podridão do rizoma do gengibre), promoção de crescimento vegetal e potencial para controle biológico. A cepa MSUA3 é capaz de produzir e liberar quitinase e surfactina que atuam no controle de Rhizoctonia solani e Fusarium oxysporum. As cepas 39 e 20, foram capazes de inibir Pseudomonas syringae pv. tomato.

Bacillus amyloliquefaciens: mais de 9% do seu genoma é dedicado a produzir metabólitos antimicrobianos e nematicidas. A cepa FZB42 possui genoma com capacidade de produzir um espectro diverso de metabólitos secundários destinados a suprimir microrganismos e nematoides nocivos que vivem na rizosfera das plantas. Entre os metabólitos: Lipopetídeos com atividade direta antifúngica; Policetídeos não ribossomais e bacilisinas com atividade direta antibacteriana e Bacteriocinas que suprimem bactérias e namatoides. 

Bacillus methylotrophicus: espécie relatada como promotora de crescimento vegetal. No entanto, diferentes cepas apresentam propriedades antimicrobianas, tais como a cepa H8 (atividade antagônica para Ralstonia solanacearum) e BC79 (atividade contra Magnaporthe oryzae e Botrytis cinerea). Outas cepa podem produzir biossurfactantes. Estudos com a cepa NKG-1, mostraram que é um eficiente agente de biocontrole contra 13 tipos de fungos fitopatogênicos de solo, incluindo Botryosphaeria dothidea, Phyllosticta ampelicide, Valsa ceratosperma e Botrytis cinerea.

Fontes: 

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McKenney, P., Driks, A. & Eichenberger, P. The Bacillus subtilis endospore: assembly and functions of the multilayered coat. Nat Rev Microbiol 11, 33–44 (2013). https://doi.org/10.1038/nrmicro2921