La carrera del microbioma para medir la salud del suelo

Las enzimas del suelo pueden existir en una amplia variedad de estados, como las enzimas extracelulares que permanecen activas incluso si las células están muertas.

Recientemente, el Soil Health Institute publicó un artículo que forma parte de una serie de seis partes sobre la evaluación de la salud del suelo. Este artículo describe los cuatro métodos de que disponen actualmente los laboratorios comerciales para medir la actividad del microbioma relacionada con la salud del suelo (DOI: 10.1002/crso.20099).

Sin embargo, entre los cuatro métodos mencionados, hay dos, en particular, que destacan como los más populares: Las mediciones del suelo basadas en el ADN. Nuestra tecnología propia y patentada BeCrop® utiliza esta misma metodología. En segundo lugar, las mediciones de la actividad enzimática potencial, que se refieren a la capacidad del suelo para degradar moléculas orgánicas específicas.

Desde el punto de vista metodológico, ambas pruebas utilizan tecnologías diferentes para llegar a resultados comparables. Intentemos explicar estas diferencias teniendo en cuenta que los resultados pueden parecer similares, aunque la realidad sea algo completamente opuesto.

Normalmente entendemos las mediciones basadas en el ADN como una forma de identificar los microbios mediante la secuenciación, esencialmente la lectura, de su ADN. Esta evaluación también puede utilizarse para medir la posible actividad enzimática del suelo, observando las posibles actividades metabólicas de cada microbio identificado, específicamente en lo que respecta a la codificación genética.  

En el caso de la prueba de actividad enzimática potencial, la técnica consiste en saturar una muestra de suelo con un sustrato específico y, a continuación, cuantificar el número de moléculas liberadas, detectadas mediante un enfoque físico-colorimétrico. Para la comunidad científica, estos conceptos son muy familiares, pero si no tienes tanta inclinación científica, quizá un ejemplo comparativo te ayude a aclarar las diferencias.

Pensemos en esto en términos del sector de la automoción, es decir, los coches. Si queremos medir la potencia de transmisión (juntas homocinéticas) de un coche desconocido sin verlo realmente, ¿cómo lo conseguimos? En el caso de la prueba de actividad enzimática potencial, en primer lugar, llenaremos el depósito de gasolina del coche, luego arrancaremos el motor y mediremos realmente el ruido físico y el sonido producido. La comparación de un sonido de motor de referencia y el ruido generado permitiría aproximar la potencia de transmisión del motor.

Aplicando esta misma analogía al enfoque de medición basado en el ADN, sería similar en muchos aspectos a la determinación del número de serie del chasis o del número de bastidor. El número de bastidor del vehículo permite identificar la marca y el modelo de coche (de forma muy parecida a la identificación de microbios en el suelo), y con esa información, una persona interesada podrá consultar fácilmente la base de datos de la guía de coches para adquirir la identificación correlativa descrita por el fabricante de automóviles para el modelo específico identificado.  

Aunque ambos enfoques son totalmente diferentes, los resultados pueden parecer muy similares. Por ejemplo, sólo se estudian cuatro enzimas con el enfoque de la actividad enzimática potencial, un número relativamente pequeño comparado con los miles de enzimas que pueden identificarse con el enfoque del ADN. Si volvemos a nuestra analogía automovilística, se puede concluir que, mientras que podemos identificar fácilmente el número de bastidor del coche, ahora también es posible conocer todos los detalles del vehículo completo en cuestión.

Además, las enzimas del suelo pueden existir en una gran variedad de estados, como las enzimas extracelulares que siguen activas aunque las células estén muertas. En otras palabras, escuchar el motor no se corresponde necesariamente con un coche entero y completo. Sólo indica información en relación con el motor.

Como describí en el último post (La vida es ADN, y al ADN volverá la vida), el uso de pasos químicos en el proceso de aislamiento del suelo de ADN permite diferenciar entre células muertas y vivas. Por lo tanto, en términos del enfoque basado en el ADN, si somos capaces de determinar el número de bastidor del coche, indica igualmente que el coche completo también existe.  

Otro aspecto interesante del enfoque de la actividad enzimática se encuentra en el hecho de que, a pesar de ser una técnica antigua (tiene más de 100 años), las simples interferencias pueden afectar drásticamente a los resultados de las mediciones al alza o a la baja. Consideremos, por ejemplo, estos dos factores: las condiciones de la muestra y el almacenamiento.

Con nuestro ejemplo del coche hará que esto sea más fácil de entender. Si un coche está congelado, frío o ya calentado, no sonará igual que un coche en condiciones normales de temperatura. Dado que el ADN es una molécula compleja con gran estabilidad química, puede sobrevivir durante miles de años. Por lo tanto, con sólo seguir las recomendaciones normales de muestreo, almacenamiento y envío, se pueden evitar fácilmente las desviaciones.

Por último, el enfoque de la actividad enzimática revela otras cuestiones relacionadas con el suelo, en función de diferentes características. Por ejemplo, se suele suponer que el pH óptimo de las enzimas del suelo utilizadas en los amortiguadores no es necesariamente aplicable a todos los suelos. Al igual que en nuestro ejemplo del coche, es relativamente difícil medir la potencia de transmisión de un coche eléctrico utilizando únicamente el sonido.

Otras cuestiones que deben tenerse en cuenta son la duración de los ensayos que, a su vez, están relacionadas con la complejidad para replicar los ensayos; la recuperación incompleta de los productos; la interferencia de la DOM coextruida, o la concentración insuficiente de sustrato que generará resultados diferentes para las muestras recogidas.

Volviendo a utilizar nuestro ejemplo del coche, es seguro que todos los coches no necesitan la misma cantidad de gasolina para llenar el depósito.  Al tener en cuenta esto en la ecuación, podemos suponer razonablemente que un motor podría sonar de forma diferente si el depósito no está completamente lleno, ergo, diferentes experimentos podrían no ser comparables de forma similar.

Cuando se identifica el potencial del suelo mediante la secuenciación del ADN en la agricultura, el microbioma del suelo y la genética del suelo, las partes interesadas pueden comprender la población microbiana y la diversidad del suelo para emplear los microorganismos beneficiosos del suelo para actuar en la agricultura.

En conclusión, actualmente no existe un método para medir directamente la presencia de enzimas en el suelo. Todos los métodos miden el "potencial". Pero en contraste con el enfoque del ADN, la interpretación del enfoque de la actividad enzimática potencial, en relación con la salud del suelo, es difícil porque múltiples mecanismos pueden hacer subir o bajar los resultados de la medición. "La falta de una amplia capacidad de interpretación limita su uso como indicador de la salud del suelo a escala", afirman Elizabeth Rieke y Shannon Cappellazzi (DOI: 10.1002/crso.20099).