Los ramnolípidos (RL) son biosurfactantes glucolipídicos producidos naturalmente por las bacterias Pseudomonas y Burkholderia , conocidos por sus propiedades tensioactivas y su carácter ecológico. Reducen las tensiones superficiales e interfaciales, inhiben los patógenos y presentan baja toxicidad, lo que los convierte en una opción prometedora para la agricultura, un sector que necesita prácticas más sostenibles mediante la reducción del uso de insumos sintéticos. Esta revisión abarca sus efectos antimicrobianos sobre fitopatógenos (principalmente hongos), su capacidad para activar las defensas de las plantas y proteger los cultivos, investigaciones recientes sobre su papel como bioestimulantes vegetales (mejorando la salud del suelo y la tolerancia al estrés abiótico) y sus perspectivas como biopesticidas para una agricultura sostenible.
1. Introducción
La agricultura mundial se enfrenta a desafíos urgentes: aumentar la productividad y la calidad para alimentar a una población creciente en un contexto de cambio climático, al tiempo que combate las enfermedades y plagas que provocan importantes pérdidas de cosecha. Los plaguicidas y fertilizantes sintéticos, aunque de uso generalizado, perjudican la salud humana, el medio ambiente y la biodiversidad. Por ello, se proponen los biosurfactantes microbianos (por ejemplo, glicolípidos y lipopéptidos) como alternativas más seguras.
Los ramnolípidos (RL) son glucolípidos, metabolitos secundarios de Pseudomonas (principalmente Pseudomonas aeruginosa patógena ) y algunas especies de Burkholderia , y los biosurfactantes microbianos más estudiados. Son compuestos anfifílicos de bajo peso molecular, aislados por primera vez de la fermentación de P. aeruginosa , descritos inicialmente como dos L-ramnosas unidas a dos ácidos β-hidroxidecanoicos. Posteriormente, se aclaró su estructura: una o dos cadenas alquílicas hidrofóbicas conectadas mediante enlaces O-glucosídicos a una (mono-RL) o dos (di-RL) cabezas hidrofílicas de ramnosa (unidas por enlaces α-1,2-glucosídicos, Fig. 1).
Como biosurfactantes, los RL reducen las tensiones superficiales/interfaciales al disminuir las fuerzas repulsivas entre fases. En bacterias productoras, los RL favorecen el desarrollo de biopelículas, la motilidad, la actividad antimicrobiana y la asimilación de nutrientes mediante la solubilización del sustrato. Las mezclas de RL (provenientes de la fermentación) contienen mono-RL y di-RL; su composición depende de la especie/cepa bacteriana, la fuente de carbono y las condiciones de cultivo, dando lugar a más de 60 homólogos con cadenas de 8 a 16 carbonos.
Los tensioactivos son esenciales para diversas industrias (alimentaria, cosmética, agrícola) debido a sus propiedades modificadoras de superficie, emulsionantes y otras. Para reducir el impacto de los tensioactivos sintéticos, las ligninas reactivas (LR) han despertado gran interés. Se producen principalmente mediante fermentación con P. aeruginosa (utilizando fuentes de carbono solubles/insolubles) con rendimientos de 1 a 200 g L⁻¹. Aumentar la producción y reducir los costos son obstáculos clave; entre las soluciones se incluyen la ingeniería genética de cepas no patógenas y el uso de fuentes de carbono renovables de bajo costo (por ejemplo, aceites vegetales, residuos agrícolas como el bagazo de caña de azúcar y la paja de arroz).
Los RL presentan una baja concentración micelar crítica (CMC) para una reducción eficaz de la tensión superficial y una gran estabilidad en condiciones extremas de temperatura (20–80 °C), pH (4.0–12.0) y salinidad (hasta un 8 % de NaCl). Son biodegradables (totalmente biodegradables en condiciones aeróbicas y parcialmente biodegradables en condiciones anaeróbicas, a diferencia del Triton X-100 sintético) en suelos, aguas residuales y suspensiones de suelo, y presentan baja citotoxicidad, mutagenicidad y ecotoxicidad.
Más allá de sus propiedades surfactantes, los RL poseen valiosas actividades biológicas para la agricultura: efectos antimicrobianos directos sobre fitopatógenos (mediante la permeabilización/lisis de la membrana plasmática, reduciendo el riesgo de resistencia), capacidad para estimular la inmunidad vegetal, potencial bioestimulante (mejorando el aprovechamiento de nutrientes, la tolerancia al estrés abiótico y la calidad de los cultivos), biorremediación del suelo y mejora de su salud (modificando la estructura física y las comunidades microbianas). También contribuyen a la formulación de agroquímicos. Por lo tanto, los RL pueden reducir el uso de insumos sintéticos, favoreciendo una agricultura sostenible. Esta revisión se centra en el papel de los RL en la protección de cultivos, la bioestimulación, la salud del suelo y la formulación de agroquímicos.
Figura 1. Fórmulas estructurales de los principales congéneres producidos por Pseudomonas sp. (a) Monoramnolípido (b) Diramnolípido. ©MolView.
2. Efectos directos de los ramnolípidos contra patógenos y plagas de plantas
El control biológico (o bioprotección) reduce los fitopatógenos mediante sustancias u organismos biológicos (denominados biopesticidas en la protección de cultivos). Las definiciones varían a nivel mundial: la EPA de EE. UU. define los biopesticidas como derivados de materiales naturales, mientras que Francia incluye macroorganismos, microbios, mediadores químicos y sustancias naturales. La UE carece de una definición clara y regula los biopesticidas conforme a la normativa sobre plaguicidas sintéticos, pero está debatiendo un marco unificado para la iniciativa «De la Granja a la Mesa» y los objetivos del Pacto Verde Europeo. El mercado de los biopesticidas está en auge y se prevé que alcance los 13 900 millones de dólares en 2028 (frente a los 6700 millones de dólares de 2023).
Los RL inhiben diversos microorganismos: patógenos animales (hongos, bacterias, virus) y, en el caso de los fitopatógenos, hongos y oomicetos (sin efecto sobre bacterias fitopatógenas, Tabla 1). La mayoría de los RL estudiados son mezclas crudas/purificadas derivadas de P. aeruginosa (dominadas por Rha-C10-C10 y Rha-Rha-C10-C10). La estructura afecta la actividad: los di-RL impulsan efectos antifúngicos contra Botrytis cinerea , Phytophthora spp. y Fusarium spp., mientras que los mono-RL inhiben mejor Alternaria alternata y Cladosporium sp. No se observó diferencia entre mono- y di-RL contra Aspergillus flavus , lo que sugiere una eficacia dependiente del patógeno.
Los extractos crudos de RL (caldo libre de células) suelen tener efectos más fuertes que los congéneres purificados: concentraciones más bajas alcanzan la CI₅₀. Los ensayos de inhibición in vitro utilizan concentraciones de RL de 1–3000 μg mL⁻¹, con concentraciones mínimas inhibitorias (CMI) que rara vez superan los 200 μg mL⁻¹, lo que demuestra una potente actividad fungicida. Los RL se dirigen a diversas familias de hongos/oomicetos (por ejemplo, Aspergillaceae , Peronosporaceae ), con patógenos bien estudiados que incluyen Alternaria sp., Botrytis sp., Fusarium sp., Phytophthora sp. y Pythium sp.
Los efectos de las RL sobre hongos/oomicetos incluyen: inhibición del crecimiento micelial (p. ej., A. alternata , Fusarium verticillioides ), retraso/inhibición de la germinación de esporas (p. ej., Cercospora kikuchii , Magnaporthe grisea ) e inhibición de la lisis/motilidad de las zoosporas (p. ej., Phytophthora capsici , Pythium aphanidermatum ). Las RL alteran las membranas plasmáticas de los patógenos zoospóricos; la sensibilidad de los hongos puede estar relacionada con la composición lipídica de la membrana (p. ej., el contenido de ergosterol hace que Sclerotinia sclerotiorum sea más sensible que B. cinerea ).
En el caso de las plagas, los di-RL matan a los pulgones verdes del melocotonero ( Myzus persicae ): una mortalidad del 100 % a 100 μg mL⁻¹ mediante la alteración de la membrana cuticular.
Tabla 1. Efectos directos de los ramnolípidos (RL) contra las plagas.
Los RL sintéticos bioinspirados (producidos mediante química verde) también inhiben los fitopatógenos: los mono-RL sintéticos detienen el crecimiento de B. cinerea en tomate, y tres RL sintéticos (especialmente la cola de ácido graso C12) inhiben Zymoseptoria tritici (los RL naturales no tienen efecto). Al igual que los RL naturales, las nanoemulsiones de RL sintéticos no inhiben Pseudomonas syringae DC3000 pv tomato.
Las pruebas in planta (Tabla 2) confirman que los RL protegen los cultivos (pepino, tomate, maíz, etc.) de enfermedades fúngicas (p. ej., tizón temprano por Alternaria, moho gris por Botrytis). La aplicación preventiva de RL (pulverización foliar, adición al suelo, tratamiento de semillas) es la más efectiva: p. ej., la aplicación de RL al suelo reduce la podredumbre de plántulas de pepino en 1/3; el tratamiento de semillas/raíces de guisante con RL (25 μg mL⁻¹) suprime completamente la marchitez por Fusarium oxysporum . Los tratamientos curativos también funcionan: la pulverización de RL en tomate reduce la infección por Alternaria solani , igualando la eficacia de los fungicidas químicos. Para los pulgones, el sobrenadante de RL (100 μg mL⁻¹) causa una mortalidad del 100%, similar a la de los insecticidas comerciales.
Los RL actúan en sinergia con otros compuestos: la combinación de RL con levadura ( Rhodotorula glutinis ) o aceite esencial de laurel mejora el control de A. alternata en tomates cherry; los RL + fenazinas reducen mejor la podredumbre de las plántulas causada por Pythium splendens (los RL solubilizan las fenazinas para un mejor acceso del hongo).
Tabla 2. Pruebas de protección de plantas con ramnolípidos (RL) contra plagas.
3. Efectos indirectos desencadenados por los mecanismos de defensa de las plantas
Las RL estimulan las defensas de las plantas, de forma similar a su función en la inmunidad humana y animal. Es probable que desencadenen la inmunidad mediada por patrones moleculares asociados a microorganismos (MAMP): las plantas reconocen los MAMP mediante receptores de reconocimiento de patrones (PRR) de superficie, activando cascadas de señalización para la inmunidad basal. No se conoce ningún receptor vegetal específico para las RL, pero se hipotetiza que el reconocimiento se produce a través de la membrana plasmática.
Las RL inducen respuestas de defensa tempranas: acumulación de especies reactivas de oxígeno (ROS), efectos similares a la respuesta hipersensible (HR) (vid, colza), cierre estomático (colza) y cascadas de entrada de Ca²⁺/fosforilación (vid). Las respuestas tardías incluyen la modificación de la expresión de genes de defensa, la inducción de vías hormonales (ácido salicílico, ácido jasmónico, etileno) y la deposición de calosa (vid, colza, Arabidopsis thaliana ). En los tomates cherry, las RL potencian la actividad de las enzimas antioxidantes; la proteómica muestra que las RL activan las defensas sistémicas (dependiendo del método de aplicación: foliar frente a radicular).
Las RL sintéticas también promueven las defensas de las plantas: las RL bioinspiradas mejoran la actividad de las enzimas antioxidantes e inducen débilmente genes/metabolitos de defensa (algunos vinculados al estrés abiótico en el trigo); las bolaformas y nanoemulsiones de RL sintéticas inducen genes de defensa relacionados con hormonas en A. thaliana.
Las RL protegen a A. thaliana de patógenos no sensibles a las RL (por ejemplo, P. syringae DC3000 pv tomato) mediante la estimulación de la defensa, incluso a 0.2 mg mL⁻¹. Las RL puras ( Pseudomonas putida recombinante ) reducen la infección por Heterodera schachtii (nematodo) en A. thaliana (sin inhibición directa del nematodo) al aumentar la producción de H₂O₂ (sin inducción de genes hormonales). La eficacia de las Di-RL depende de la longitud de la cadena acilo (C10-C12/C10-C12:1 es más eficaz a 2 ppm), pero las dosis altas reducen el crecimiento de la planta (las mono-RL a 8.3 ppm también dañan Arabidopsis ).
Los RL protegen a las plantas mediante una doble acción (inhibición directa de hongos + estimulación de las defensas) para hongos/oomicetos sensibles a los RL, y solo mediante la estimulación de las defensas para patógenos no sensibles (bacterias, nematodos). Sin embargo, faltan datos de ensayos de campo sobre la eficacia de los RL.
4. Ramnolípidos como potenciales agentes bioestimulantes de plantas
Según la normativa de la UE, los bioestimulantes vegetales son compuestos naturales que mejoran la eficiencia en el uso de nutrientes, la tolerancia al estrés abiótico, la calidad de los cultivos o la disponibilidad de nutrientes en el suelo y la rizosfera. El mercado de los bioestimulantes está en auge y se prevé que alcance los 7.6 millones de dólares en 2029 (frente a los 4.3 millones de dólares en 2024). Los bioestimulantes microbianos presentan limitaciones (sensibilidad ambiental, corta vida útil), por lo que los metabolitos microbianos como las RL se perfilan como alternativas prometedoras (Tabla 3).
Las RL promueven la germinación de semillas y el crecimiento temprano: las RL derivadas de P. aeruginosa aumentan la germinación de lechuga a 0.75–1 g L⁻¹, maíz/girasol a 0.25 g L⁻¹ y trigo a 0.5 g L⁻¹. Las RL parcialmente purificadas (0.25 g L⁻¹) estimulan la germinación de okra, lechuga y cebolla, pero reducen la germinación de trigo/cebada (aunque protegen las semillas de hongos). El remojo de semillas de soja en RL (0.5–1 g L⁻¹) mejora el desarrollo de raíces laterales; 2 g L⁻¹ mejora la imbibición. El cultivo diluido de P. aeruginosa (0.01 g L⁻¹ de biocomplejo RL) aumenta la absorción de iones y el crecimiento del girasol.
Los estudios de campo confirman los beneficios de los RL: los RL aumentan el rendimiento del girasol y el contenido de lípidos y proteínas en las semillas; las mezclas de RL y glicolípidos (con fertilizantes NPK) reducen el uso de nitrógeno sin disminuir el rendimiento del maíz y mejoran su absorción. Los RL mejoran la absorción de micronutrientes: los complejos de zinc y RL mejoran la absorción de zinc en la colza (cultivo hidropónico), y los RL aumentan el contenido de zinc en el trigo duro (suelo calcáreo).
Los RL mitigan el estrés abiótico:
-
- Alta temperatura: Las RL + péptidos pequeños (pulverización foliar de la planta del té) mejoran la fotosíntesis, la actividad antioxidante y los microbios beneficiosos de la filosfera.
-
- Salinidad: La combinación de RL + cloruro de colina (tomate, suelo salinizado) reduce la relación Na⁺/K⁺, aumenta la actividad de la peroxidasa/el contenido de prolina y mejora la tolerancia a la sal; el riego por goteo con RL (algodón, suelo salino) reduce la conductividad eléctrica del suelo, aumenta la materia orgánica y remodela los microbios de la rizosfera.
-
- Metales pesados: Los RL + ácido húmico (arroz, campos contaminados con cadmio) reducen el cadmio en el grano y aumentan la biomasa/rendimiento (los RL atrapan el cadmio en las hojas).
Los RL mejoran la salud del suelo: potencian el ciclo de nutrientes (rizosfera del algodón), impulsan la actividad enzimática microbiana (ciclo del nitrógeno/materia orgánica del suelo) y estabilizan los agregados del suelo (suelo salino-alcalino) para apoyar las funciones microecológicas (metabolismo del carbono/nitrógeno).
Tabla 3. Ensayos de bioestimulación con ramnolípidos (RL) en plantas.
5. Otras aplicaciones potenciales de la ramnolipidina en la agricultura y perspectivas
5.1 Formulación agroquímica
Los tensioactivos sintéticos se utilizan como coadyuvantes agroquímicos; los RL (biotensioactivos aniónicos) son alternativas naturales. Mejoran la humectación y penetración foliar (superficies de cera hidrófobas) y poseen buenas propiedades solubilizantes y emulsionantes (influenciadas por la proporción de homólogos de RL y el pH). Su biodegradabilidad (mineralización microbiana del suelo) es una ventaja clave.
Las RL también mejoran las formulaciones de biocontrol/bioestimulantes: la adición de RL a las soluciones de rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR) aumenta la eficacia; por ejemplo, Pseudomonas putida + RL mejoran el crecimiento de Brassica juncea ; Pseudomonas guariconensis + RL promueven el crecimiento del girasol y controlan la podredumbre carbonosa.
5.2 Biorremediación del suelo
Los RL contribuyen a la remediación de suelos agrícolas contaminados: solubilizan/emulsionan hidrocarburos hidrófobos (p. ej., HAP) y quelan metales pesados, lo que aumenta su biodisponibilidad para la degradación microbiana. Numerosos estudios exploran los RL para la biorremediación, si bien las revisiones señalan limitaciones (p. ej., el equilibrio entre la movilidad de los metales esenciales y los tóxicos).
5.3 Consideraciones y desafíos
-
- Impactos en el ecosistemaLos cambios en las comunidades microbianas del suelo provocados por RL plantean interrogantes sobre los efectos a largo plazo.
-
- Optimización de la concentraciónLas bajas concentraciones son suficientes para estimular las defensas, pero se necesitan dosis más altas para la biorremediación/control de enfermedades en el campo.
-
- Momento de la biodegradaciónAsegúrese de que los RL actúen antes de la degradación.
-
- Riesgo de movilidad del metalLos RL mejoran la movilidad de metales tóxicos (Pb, Cd), por lo que se requiere precaución cuando se utilizan para la biodisponibilidad de metales esenciales.
-
- FitotoxicidadLas dosis altas de RL (>1 g L⁻¹) o las estructuras específicas dañan algunas plantas.
6. Conclusión
Los ramnolípidos son biosurfactantes prometedores para la agricultura sostenible, con múltiples funciones: inhibición directa de fitopatógenos, estimulación de las defensas de las plantas, bioestimulación (crecimiento, tolerancia al estrés), mejora de la salud del suelo y formulación de agroquímicos. Sin embargo, aún existen lagunas: mecanismos de acción poco claros, necesidad de optimizar los métodos de aplicación, datos sobre el impacto a largo plazo en el ecosistema y falta de resultados de ensayos de campo. Ampliar la producción de ramnolípidos y mejorar su rentabilidad también son fundamentales. A medida que crece la demanda de agricultura sostenible, la integración de los ramnolípidos en las estrategias agrícolas ofrece una vía hacia la producción de cultivos respetuosa con el medio ambiente.
Figura 2. Aplicaciones potenciales de los ramnolípidos para la agricultura.
Para obtener más información sobre los ramnolípidos (por ejemplo, especificaciones técnicas, estudios de casos de aplicación) o para solicitar muestras para I+D agrícola, póngase en contacto con Dora Agri.