Nathan Cude abre la tapa de un recipiente blanco de plástico con una etiqueta que dice Q8R, que contiene una de las cientos de muestras de tierra arable de EE.UU. con las que lidiará durante el año. La tierra café oscura en su interior parece sin vida, pero el microbiólogo de Novozymes sonríe y pronuncia una de sus frases favoritas: una cucharadita de tierra contiene unos 50.000 millones de microbios que representan hasta 10.000 especies distintas. El número de organismos en el recipiente sobrepasa al número de personas que han vivido sobre la Tierra. 

Las comunidades de bacterias y hongos que viven en el suelo son cruciales para las plantas. Les ayudan a absorber nutrientes y minerales del subsuelo y pueden incluso extender los sistemas de las raíces, dándole a la planta más acceso o agua y alimento. Los microorganismos del suelo también ayudan a las plantas a crecer, a tolerar el estrés, a aumentar su respuesta inmunológica y protegerse de plagas y enfermedades.

Ahora, científicos en empresas agrícolas están hurgando entre la tierra, como si buscaran oro, para encontrar exactamente qué microbios son los que hacen que ciertos cultivos crezcan mejor. Las firmas Novozymes y Monsanto están a la cabeza en este campo, recubriendo las semillas con microbios, plantándolas en granjas en todo EE.UU. y examinando los cultivos para ver cómo les va. Ambas empresas, a través de su Alianza BioAg, acaban de terminar el primer programa mundial de ensayos en campo de semillas recubiertas de microbios promisorios.  En el pasado otoño cosecharon varios tipos de cultivos, cuyas semillas fueron recubiertas con más de 2.000 capas de microbios diferentes, y plantadas en 500.000 lotes de prueba entre Luisiana y Minnesota, y han estado ocupados analizando los resultados. Los investigadores dieron a Scientific American un primer vistazo de sus operaciones y aspiraciones.

En 2015 Monsanto y Novozymes plantaron semillas recubiertas con más de 2.000 tipos de microbios distintos en unos 500.000 lotes de prueba en el centro y sur de EE.UU., para ver si alguno de los organismos ayudaba a los cultivos a crecer más fuerte y grande.
Mapa cortesía de la Alianza BioAg

Eventualmente, tales productos agrícolas podrían reducir en gran medida el uso de fertilizantes y pesticidas, aliviar la carga que la agricultura impone sobre el medio ambiente, y potencialmente reducir costos e incrementar las cosechas del agricultor. La investigación es el comienzo de un ambicioso movimiento para reemplazar la química con la microbiología en el sector de la agricultura.  

Las pruebas de campo son la clave. “No existe nada que traduzca un resultado de invernadero en uno de campo”, dice Thomas Schäfer, vicepresidente de investigaciones biológicas-agrícolas en Novozymes, y jefe de Cude. “Porque es algo tan complejo, que debemos ensayar las semillas directamente en el terreno de campo”.

Una creciente necesidad

Para 2050 se predice que la población mundial será de 9.000 millones. Con más bocas que alimentar, los cultivos tendrán que rendir casi el doble.  El cambio climático no está ayudando: las sequías, inundaciones, salinidad en aumento y erosión de suelos conspiran para crear condiciones de crecimiento más hostiles. Muchas plagas y patógenos están desarrollando resistencia a los pesticidas. Los fertilizantes químicos no solo resuelven el problema parcialmente, sino que pueden estar contribuyendo a las enfermedades humanas y amplificando los brotes de algas nocivas en océanos y ríos. Los científicos esperan que los microbios aporten una alternativa viable.

Esa solución también podría alterar las economías de las grandes empresas agrícolas. El mercado actual de productos biológicos para el control natural de plagas, extractos de plantas e insectos benéficos es de  $1.800 millones —una fracción de los  $240.000 millones que dejan los fertilizantes y pesticidas tradicionales, según la alianza. Monsanto cree que el mercado de microbios puede crecer enormemente. Los microbios tienen ciclos de desarrollo más rápidos y menos obstáculos regulatorios que otros productos agrícolas, los cuales pueden demorar entre 10 y 14 años para pasar de idea a mercado. Y si el amplio uso de los microbios aminora la dependencia de fertilizantes y pesticidas, también podría disminuir la desconfianza del público hacia la agricultura industrial.

La noción de la bioagricultura no es nueva. En 1888 el microbiólogo holandés Martinus Beijerinck descubrió que las raíces de las plantas leguminosas estaban habitadas por una bacteria llamada rizobio, que podía tomar nitrógeno del aire y convertirlo en una forma que las plantas pudieran usar. Desde entonces, los agricultores y jardineros han estado rociando paquetitos de rizobio sobre sus arvejas y frijoles. Uno por uno, otros microbios han sido transformados en productos como biofungicidas y biopesticidas. Pero solo hasta que las nuevas herramientas de secuenciación de ADN, los investigadores pudieron ver el vasto y complejo microbioma, conocido como la rizosfera, que habita en o alrededor de las raíces de las plantas.  Un informe de 2012 de la Academia Americana de Microbiología titulado Cómo los microbios pueden ayudar a alimentar al mundo, proponía que utilizar este recurso podría generar productos que “aumenten la productividad de cualquier cosecha, en cualquier ambiente, de una forma responsable y económicamente viable”.

La parte difícil es descubrir cuáles de los miles de millones de miembros de la rizosfera estudiar primero.  Novozymes envía grupos de investigadores a recolectar muestras de tierra en fincas privadas, que luego son analizadas en los laboratorios de la empresa en Research Triangle Park, N.C., donde trabajan científicos como Cude. Aunque cada muestra podría contener billones y trillones de microorganismos, solo un uno por ciento crecerá en el laboratorio. Aquellos que lo logran, se materializan en placas Petri, produciendo una deslumbrante gama de colores y formas: delgadas rayas azul índigo, un asterisco borroso gris carbón, gotitas amarillo mostaza, o una mancha rojo sangre gigante. El genoma de cada microbio se secuencia y se chequea contra una base de datos de patógenos conocidos; cualquier concordancia se descarta, mientras que el resto pasa a la siguiente fase. 

Los investigadores prueban los contenedores restantes para ver si se pueden usar de alguna de dos formas: como inoculantes, que ayudan a que las plantas absorban nutrientes, o productos de control biológico que ayuden a proteger contra plagas y enfermedades. Una de las pruebas examina si los microbios ayudan a la raíz a absorber mejor nutrientes tales como el nitrógeno, o si descomponen los fosfatos del suelo inorgánico para que las plantas los puedan utilizar. Otra prueba determina si los microbios finalistas pueden ofrecer protección contra plagas que atacan a las plantas. Por ejemplo, los nemátodos parásitos causan más de $120.000 millones en daños a las plantas de todo el mundo. Jennifer Petitte, una zoóloga que trabaja en Novozymes, me muestra una placa Petri llena de estas lombrices diminutas, apenas visibles al ojo humano, retorciéndose. Petitte coloca porciones de los microbios promisorios encima, para determinar si alguno es capaz de paralizar o matar a la plaga.

Ampolletas que contienen los mejores candidatos microbianos viajan calle abajo hasta otro laboratorio de Novozymes, donde son cultivados en frascos grandes, llenos con distintas fórmulas de ricos caldos, que van desde amarillo pálido a ámbar, a casi negro. Bill Throndset, un fisiólogo de microbios en Novozymes, me explica que el contenido exacto de las botellas es un secreto comercial, “como la receta de Coca-Cola”. Ninguno de los microorganismos está genéticamente modificado o fabricado. Simplemente son derivados y cultivados a partir de las muestras de tierra.  Después de que cada lote ha sido cultivado en su medio favorito, es criopreservado y almacenado, de la misma forma que los huevos y la esperma son guardados en los bancos. Necesitarán estar vivos y saludables cuando llegue la primavera y sean aplicados a las semillas, para que cuando las semillas germinen, se puedan convertir en parte de la rozosfera tan pronto como la planta eche raíces. “Básicamente solo tenemos un experimento al año, por lo que tenemos que hacerlo bien”, dice Throndset.

Poco antes de la temporada de crecimiento, los microbios son enviados a las instalaciones de Monsanto en Saint Louis, donde son rociados sobre las semillas en grandes ollas de acero, como si fueran contenedores gigantes de palomitas de maíz. En 2014 Monsanto plantó semillas recubiertas con cientos de cepas de microbios en 170.000 lotes, algunos de tres por tres pies, hasta otros más grandes de tres por 10. En 2015 la compañía expandió el experimento a más de 2.000 tipos de microbios en 500.000 lotes. Al lado de cada lote de prueba, Monsanto plantó un lote de control con semillas que no están tratadas con microbios, creando un efecto de tablero de damas en varias partes del sur y el centro de EE.UU.

Más granos por acre

En octubre y noviembre de 2015 los investigadores recolectaron los cultivos y comenzaron a trabajar en los números para determinar si algunos microbios habrían significado una diferencia. La mayoría de los 2.000 revestimientos resultaron no tener efecto alguno sobre los cultivos. Pero cinco de ellos sí aumentaron el rendimiento del maíz en un promedio de cuatro o cinco bushels (un bushel equivale a 35,24 litros) por acre, y el de la soya en 1.5 bushels por acre.

Estos resultados tempranos “se ven estupendos” dice Jeff Dangl, un científico de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill que estudia el microbioma de las plantas y no está involucrado en los experimentos. “No obstante, los experimentos de campo deben llevarse a cabo por siete años antes de que nadie crea en ellos. Después de ver información acumulada a lo largo de varios años sí podemos tener un cuadro más completo de qué microbios están haciendo qué”.    

No obstante, la alianza dice que planea lanzar uno de los cinco microbios para 2017—un inoculante basado en hongos hallados en la tierra del campo de maíz. Schäfer, de Novozymes, admite que incluso con todas las pruebas de laboratorio, él y sus colegas aún usan hipótesis fundamentadas a la hora de escoger qué microbios enviar a las pruebas de campo. Él espera que después de múltiples ciclos de pruebas, comenzarán a verse patrones que les ayuden a predecir qué cepas de microbios benefician a los cultivos. La alianza pondrá a prueba nuevamente miles de cepas en 2006.

Liberar microorganismos en nuevos ambientes, especialmente cuando el producto final va a parar a nuestra cocina, puede disparar preocupaciones, algunas más válidas que otras. Por ejemplo, según Dangl, es posible que jugar con el medio microbiano podría afectar el sabor de un cultivo particular, de la misma forma en que se sabe que la composición de la tierra influencia el sabor del vino. También existe el riesgo de que el revestimiento de las semillas, como tantos agentes aplicados a un lote de cultivo, pueda disolverse y pasar a contaminar el siguiente cultivo. Algunos proponentes no piensan que haya nada de malo en que los cultivos compartan estos “probióticos de plantas”, ya que, si no son benéficos tampoco tendrán efecto.

Gwyn Beattie, profesora de biología de la Universidad Estatal de Iowa en Ames, y una de las autoras del informe de la Academia Americana de Microbiología, ha estado siguiendo los esfuerzos de Novozymes durante años. Ella opina que la preocupación principal no es necesariamente que los nuevos microbios se expandirán a otras cosechas, sino que no se quedarán el tiempo suficiente para hacer su trabajo con las raíces de las plantas. “Mi analogía es que si uno mete una persona a la vez dentro de la ciudad de Nueva York, la gran mayoría de la gente allí no cambiará a Nueva York. Cada tanto llegará uno que cambiará el mundo, pero eso no es probable que suceda”, dice Beattie.” Es lo mismo que pasa dentro de una comunidad microbiana. Introducir organismos raramente tiene un impacto, y esa es la frustración más grande”. Como resultado, añade, siempre habrá necesidad de pesticidas y fertilizantes químicos, pero tal vez en menores cantidades, una vez los microbios hayan sido agregados a la mezcla.   

La naturaleza transitoria del miobioma es una de las razones por las cuales Novozymes y Monsanto están ensayando en el campo semillas recubiertas de microbios, en lugar de usar otras aplicaciones como sprays o inmersiones de la raíz. Tratar a las plantas cuando están germinando y brotando, incluso si los efectos son fugaces, podría encaminarlas a ser más saludables a medida que crecen.  Aunque a Schäfer le encantaría hallar un solo microbio taquillero, sus científicos también comienzan a entender que mayores beneficios podrían venir de grupos de microbios trabajando en concierto. Con miles de especies en un gramo de tierra, las combinaciones posibles son interminables.  En este momento prueban una por una especie, y esperarán hasta que tengan suficiente información sólida sobre estos individuos, antes de ponerse a ensayar combinaciones.

A pesar de los retos, Schäfer asegura que los microbios están posicionados para tener un impacto duradero en la agricultura moderna. Los productos microbianos existentes, tales como el Met52 de Novozymes, un hongo que limita el gorgojo de la vid, ya se usan en millones de acres; si el revestimiento de semillas se populariza, ese número podría dispararse. Las dos firmas piensan que para 2025 los productos de bioagricultura se usarán hasta en 500 millones de acres, es decir el 50 por ciento de la tierra arable de EE.UU. “Empresas como Monsanto, Bayer, Syngenta y BASF están trabajando con microbios porque creen que la tecnología tiene el potencial de reducir la química y permitirnos vivir más sustentablemente”, dice Schäfer.

Marla Broadfoot es una escritora freelance en Wendell, N.C., y tiene un doctorado en genética.​