El control biològic o biocontrol és una tècnica en agricultura que utilitza microorganismes no patògens per evitar la contaminació dels cultius vegetals per part de microorganismes que sí ho són i/o que malmeten la producció. El desenvolupament d'aquesta tècnica sorgeix de la voluntat d'evitar les problemàtiques associades a l'ús de pesticides sintètics i d'exercir una mobilitizació cap a un camí més ecològic. El control biològic de microorganismes fitopatògens es troba encara en desenvolupament, tot i que ja existeixen formulacions de microorganismes que es comercialitzen i s'apliquen en el sector agrícola amb aquests objectius.
Així, la ciència està investigant quins fongs micel·liars, llevats i bacteris poden ser beneficiosos a l'hora de combatre malalties i/o el deteriorament dels cultius, mitjançant diferents mètodes d'acció, que poden incloure la competència per nutrients i espai, la inducció de resistència en les plantes, o el micoparasitisme.
Tot i que existeixen limitacions a l'hora d'establir el control biològic en l'agricultura moderna, el benefici mediambiental que suposaria fa del control biològic un sistema interessant a tenir en compte.
Malalties de les plantes Les plantes poden patir malalties no-infeccioses i infeccioses, depenent de la naturalesa de l'agent que la causa. En el primer cas, els factors causants de la malaltia no son organismes vius, sinó factors ambientals que li impedeixen un creixement òptim. En canvi, les malalties infeccioses son causades per fongs patògens, però també per bacteris, virus, protozous o insectes, que es reprodueixen a l'interior o a la superfície de la planta.
Els agents infecciosos es propaguen per l'aire i l'aigua, o bé poden ser transmesos per animals i humans, i el seu reservori més important és el sòl.
Les malalties, tant si son d'origen infecciós com si no, es manifesten, per exemple, en forma de marciment, formació de taques, aparició de floridures, hipertròfia o hiperplàsia, aparició de deformacions en les fulles i els fruits, o enfosquiment.
Alguns exemples de malalties fúngiques que pateixen les plantes inclouen el míldiu, l'oïdi i el Fusarium wilt' (marciment per Fusarium), mentre que d'entre les bacterianes, destaquen el foc bacterià, causat per Erwinia amylovora i la podridura negra de les crucíferes, provocada per Xanthomonas campestris pv. campestris.
Tanmateix, moltes malalties greus i econòmicament devastadores en agricultura son les causades per la família dels fongs micel·liars. miniatura|Maduixots colonitzats per fongs ambientals. Font: Vsoulere
Aflatoxines i seguretat alimentària Els bacteris i virus que ataquen les plantes suposen un problema de deteriorament del vegetal, però els fongs filamentosos, a més d'això, representen un problema de seguretat alimentària per aquells que els ingereixen, ja que produeixen uns metabòlits secundaris anomenats micotoxines. La taxa de contaminació per micotoxines en cultius és elevada, especialment pel que fa a la micotoxina produïda pel fong del gènere Aspergillus: l'aflatoxina. Aspergillus prolifera en medis amb una activitat d'aigua de 0.99, que és el cas per als cultius vegetals, i quan les temperatures son elevades.
La ingesta d'aliments contaminats per aflatoxines pot resultar en diverses conseqüències: aspergil·losi, una infecció pulmonar que apareix en individus immunodeprimits, i aflatoxicosi, que podria suposar des de l'aparició de febre, vòmits o ascites, fins al desenvolupament de carcinomes hepàtics, immunitat reduïda o cirrosi.
Les aflatoxines estan declarades com a carcinògens de Grup 1, de manera que l'exposició a aquestes pot causar, a llarg termini, càncer de ronyó, de fetge, de pulmó i de colon, tant animals com en humans.
Altres genères de fongs productors de micotoxines inclouen Fusarium i Penicillium, que alliberen ocratoxines, fumonisines i deoxinivalenol, entre d'altres, i que també suposen un perill de salut pública, generant hepatotoxicitat, nefrotoxicitat, neurotoxicitat i immunotoxicitat, a més del mencionat potencial carcinògen.
Impacte ecològic dels pesticides Per tal de millorar les taxes de producció, l'agricultura està acostumada a l'ús de pesticides sintètics amb l’objectiu d’evitar la contaminació dels cultius. Tanmateix, aquests tenen un impacte ecològic considerable, ja que tant aire, sòl com aigua queden contaminats per substàncies químiques. Alhora, els animals que consumeixen els vegetals que creixen en aquests sòls, i les persones que consumeixen tant vegetals com animals consumidors de vegetals, també hi queden exposats. Així, existeix una interconnexió entre la salut humana, la animal, i la mediambiental, que integra el concepte d'Una Sola Salut; aquest enfocament evalua els riscs de l'ús de pesticides des d'una base molt completa.
Per als humans, les conseqüències per a la salut que pot tenir l'exposició als pesticides poden ser agudes o cròniques; des d'irritació respiratòria i sensorial i malestar gastrointestinal, fins a trastorns neurològics i teratogènics i desenvolupament de càncers.
A nivell del medi ambient, els pesticides contaminen directament el sòl. Com que en canvien la composició química, en redueixen la fertilitat. A través de diferents mecanismes, poden arribar a les aigües, suposant això una preocupació ecològica actual, ja que maten organismes aquàtics.
Com que els pesticides no han de ser específics al microorganisme que eliminen, resulten en una degradació de la biodiversitat, ja que eliminen alhora aquells microorganismes que sí serien beneficiosos. miniatura|382x382px|Esquema de les conseqüències de la contaminació dels cultius vegetals. Font: Vsoulere
Control biològic com a alternativa Per evitar l'ús de pesticides, però poder promoure el control de les malalties de les plantes, s'utilitzen diferents microorganismes que actuen com el que s'anomenen Agents de Control Biològic''' (ACB).
Mecanismes d'acció dels agents de control biològic Els ACB utilitzen diversos mecanismes d'acció per inhibir l'activitat patògena; en molt casos, es tracta d'una combinació de mecanismes.
Competició per nutrients i espai Els microorganismes competeixen amb els patògens per una sèrie de nutrients, sent-ne exemples el ferro o el nitrogen. Així, els ACB que sintetitzen més molècules fixadores del ferro, o que presenten sistemes de transport i metabolisme de nitrogen molt eficients, acaben els recursos abans que els patògens puguin fer-ho.
Per altra banda, la competició per espai implica la capacitat dels microorganismes per a formar biofilms. En aquest procés, cèl·lules individuals (de l'ACB) s'adhereixen a la superfície de la planta i això resulta en el desenvolupament d'una matriu extracel·lular que alhora fa de barrera física.
Secreció d'enzims Els enzims son molècules secretades pels ACB, capaces de degradar els components cel·lulars dels patògens, servint-los així de provisió d'aliment. Els exemples d'enzims més referenciats inclouen:
Quitinasa: degrada la paret cel·lular dels fongs. També té una activitat de control biològic indirecta, ja que unes molècules anomenades quitooligosacàrids, resultants de la degradació de la quitina, indueixen respostes immunitàries en la planta. Glucanasa: degrada els glucans, també components de les parets dels fongs. Així, la seva capacitat d'adhesió i resistència queden compromeses.
Inducció de resistència La resistència induïda consisteix en l’enfortiment del sistema immunitari de les plantes quan aquestes reconeixen la presència de microorganismes.
Exemples d’aquests microorganismes son els bacteris endòfits de les espècies Bacillus i Pseudomonas, que posseeixen Patrons Moleculars Associats als Microorganismes, els quals permeten a les plantes reconèixer la seva presència, mitjançant els receptors anomenats Receptors de Reconeixement de Patrons, procés que resulta en una resposta immunitària. La resposta pot incloure l’engruiximent de les parets cel·lulars per lignificació o la deposició de cal·losa. Aquesta defensa reduïria la gravetat de les infeccions subseqüents.
L'activació de resistència induïda per part dels ACB ha estat demostrada contra fongs, bacteris i virus fitopatogènics.
Antibiosi L’antibiosi és la propietat d’inhibir el creixement o de matar un altre microorganisme, mitjançant la producció de compostos anomenats metabòlits secundaris. Es tracta de compostos citotòxocs de gran diversitat en quant a naturalesa química. D'entre aquests metabòlits, hi ha pigments, antibiòtics i micotoxines.
La possibilitat que aparegui resistència als antibiòtics en humans és el motiu pel qual l’ús d'ACB productors d’antibiòtics és encara objecte de debat. De fet, actualment s’evita el seu ús en les parts aèries de la planta, especialment les comestibles.
L’antibiosi és un dels principals mètodes d’acció dels fongs del gènere Trichoderma i dels bacteris anomenats promotors del creixement vegetal.
Micoparasitisme El micoparasitisme és una interacció en la qual un ACB de naturalesa fúngica ataca i parasita directament el patogen, proveïnt-se dels seus nutrients. Els antagonistes maten el patogen per contacte o penetració directa. La secreció d'enzims seria un possible pas dins del procediment del micoparasitisme.
En el cas de l'espècie de fong més estudiada com a agent de control biològic, Trichoderma, es descriuen 3 fases en el mecanisme de micoparasitisme; en primer lloc, el reconeixement de l'hoste, possiblement a partir de la detecció d'oligoquitines produïdes per aquest. En la segona fase, Trichoderma forma unes estructures anomenades apressoria, que son aplanades i fortament adherents, per poder-se enganxar a l'hifa del fong patògen. Finalment, el fong que exerceix el control biològic degrada la hifa del fong patogen a través de la producció d'enzims que ataquen la paret cel·lular, com ara cel·lulases i quitinases.
En alguns casos, Trichoderma obté els nutrients, però no arriba a matar l'agent patògen. miniatura|377x377px|Esquema dels mecanismes d'acció que poden utilitzar els agents de control biològic. Font: Vsoulere
Microorganismes utilitzats com a agents de control biològic Llevats Els llevats tenen una bona capacitat per tolerar condicions ambientals extremes (diferents nivells d'oxigen, de pH, de temperatura, d'humitat relativa), característica que els faria agents de control biològic idonis. El seu principal mètode d'acció és la competició per espai i nutrients, tot i que també secreten molècules amb activitat antagonista.
D'entre les espècies de llevat registrades per al control biològic, s'inclouen: +LlevatPatogen objectiuFruitaReferènciaCandida oleophiliaPenicillium CítricsAureobasidium pulullansErwinia amylovora (foc bacterià)PomaMetschnikowia fructicolaRhizopus MaduixaKarabulut, O. A., Tezcan, H., Daus, A., Cohen, L., Wiess, B., & Droby, S. (2004). Control of preharvest and postharvest fruit rot in Strawberry by Metschnikowia fructicola. Biocontrol Science and Technology, 14(5), 513–521. https://doi.org/10.1080/09583150410001682287 Cryptococcus albidusBotrytis MaduixaSaccharomyces cerevisiaeAspergillus diverses
Fongs micel·liars Els fongs micel·liars també són potencials agents de control biològic, el qual queda evidenciat pel fet que compostos bioactius que produeixen s'utilitzen en la indústria com a base dels pesticides sintètics.
Els fongs anomenats endofítics interactuen amb les plantes mitjançant mutualisme, una relació en que, a canvi d'hospedatge, la protegeixen de patògens i plagues gràcies a la producció de metabòlits secundaris.
Els agents de control biològic més destacats de naturalesa fúngica son els pertanyents al gènere Trichoderma, mencionat anteriorment; es tracta d'un gènere àpliament distribuït, present al sòl, d'activitat sapròfita, i que exerceix simbiosi amb plantes.
Les espècies de Trichoderma s’han aplicat amb èxit en el control de més de 100 fitopatògens fúngics arreu del món.