Valorización del nejayote como medio de cultivo para Pseudomonas fluorescens y producción de extractos antifúngicos – SciELO México

Informe sobre Avances Biotecnológicos y su Contribución a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)

La siguiente compilación de investigaciones científicas destaca avances significativos en biotecnología microbiana y su aplicación directa en la consecución de varios Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). Los estudios se centran en el uso de microorganismos, principalmente de los géneros Pseudomonas y Bacillus, para el control biológico de patógenos agrícolas, la valorización de residuos agroindustriales y la producción de compuestos de alto valor, demostrando un claro alineamiento con una agenda de desarrollo sostenible.

Agricultura Sostenible y Seguridad Alimentaria (ODS 2, ODS 15)

Estrategias de Control Biológico para la Protección de Cultivos

Una línea de investigación prominente se enfoca en el desarrollo de alternativas sostenibles a los pesticidas químicos, lo cual es fundamental para alcanzar el objetivo de Hambre Cero (ODS 2) y proteger la Vida de Ecosistemas Terrestres (ODS 15). Estas estrategias no solo aumentan la productividad agrícola de manera segura, sino que también preservan la biodiversidad del suelo.

• Combate contra Fitopatógenos Fúngicos: Investigaciones demuestran la eficacia de cepas de Pseudomonas y Bacillus para inhibir el crecimiento de hongos patógenos devastadores como Aspergillus flavus (productor de aflatoxinas), Rhizoctonia solani, Fusarium solani y Macrophomina phaseolina. Estos hallazgos son cruciales para proteger cultivos básicos como el maíz, el pepino y la soja, contribuyendo directamente a la seguridad alimentaria (Akocak et al., 2015; Al-Fadhal et al., 2019; Castaldi et al., 2021; Dimkić et al., 2022).
• Reducción de Pérdidas Postcosecha: El uso de Pseudomonas fluorescens ha mostrado ser efectivo en el control de enfermedades postcosecha en frutas como manzanas y tomates. Al prevenir el deterioro de los alimentos después de la cosecha, se reduce el desperdicio alimentario, un componente clave del ODS 12 (Producción y Consumo Responsables) (Mikani et al., 2008; Rodríguez-Romero et al., 2019; Wallace et al., 2019).
• Sinergia con Compuestos Naturales: El uso combinado de extractos microbianos y compuestos naturales como el quitosano ha demostrado un control eficaz de patógenos. Este enfoque integrado ofrece soluciones biodegradables y ecológicas para el manejo de enfermedades en la agricultura (Al-Hetar et al., 2011; Trejo-Raya et al., 2021).

Valorización de Residuos y Promoción de la Economía Circular (ODS 12, ODS 9, ODS 7)

Innovación en el Aprovechamiento de Subproductos Agroindustriales

La transformación de residuos agroindustriales en recursos valiosos es un pilar de la economía circular y un motor para la innovación. Estos estudios ejemplifican cómo la biotecnología puede convertir un problema ambiental en una oportunidad económica, apoyando la Producción y Consumo Responsables (ODS 12) y la Industria, Innovación e Infraestructura (ODS 9).

1. Reutilización del Nejayote: El nejayote, un efluente alcalino del proceso de nixtamalización del maíz, ha sido identificado como un sustrato de bajo costo para diversos bioprocesos. Se ha utilizado exitosamente como medio de cultivo para la producción de metabolitos microbianos (piocianina), el crecimiento de probióticos y la producción de biohidrógeno, una fuente de Energía Asequible y no Contaminante (ODS 7) (Bacame-Valenzuela et al., 2020; García-Depraect et al., 2017; Ramírez-Romero et al., 2013).
2. Tratamiento y Biorremediación: Se han desarrollado métodos innovadores para tratar el nejayote, incluyendo procesos de coagulación-floculación y su uso en el cultivo de microalgas para la biorremediación de aguas residuales. Estas tecnologías contribuyen directamente al ODS 6 (Agua Limpia y Saneamiento) (López-Pacheco et al., 2019; Meraz et al., 2015).
3. Extracción de Compuestos de Valor: La valorización no se limita a los efluentes. La extracción de compuestos bioactivos, como los ácidos hidroxicinámicos con actividad antioxidante de variedades de maíz, representa otra vía para maximizar el valor de los recursos agrícolas locales (Díaz-Montes et al., 2020).

Biotecnología para la Salud y el Bienestar (ODS 3)

Impacto en la Inocuidad Alimentaria y la Salud Pública

Las aplicaciones biotecnológicas en la agricultura y la alimentación tienen un impacto directo en la Salud y el Bienestar (ODS 3), principalmente a través de la mejora de la inocuidad de los alimentos.

• Control de Micotoxinas: Al inhibir el crecimiento de hongos como Aspergillus flavus, los agentes de control biológico previenen la contaminación de los alimentos con aflatoxinas, compuestos cancerígenos que representan una grave amenaza para la salud pública a nivel mundial (Akocak et al., 2015).
• Producción de Antimicrobianos: La investigación sobre los metabolitos secundarios producidos por Pseudomonas, como fenazinas, floroglucinoles y cianuro de hidrógeno, no solo explica su eficacia como agentes de biocontrol, sino que también abre la puerta a nuevas fuentes de compuestos antimicrobianos con potencial farmacéutico (Biessy & Filion, 2021; Sehrawat, 2022; Zhou et al., 2012).

Fundamentos Científicos para el Desarrollo Sostenible

Avances en Conocimiento Básico y Metodologías

El progreso hacia los ODS depende de una base científica sólida. Los estudios citados también incluyen investigaciones fundamentales que son cruciales para el desarrollo de tecnologías aplicadas.

• Genómica y Regulación: La caracterización genómica y el estudio de las vías de regulación molecular, como el sistema Gac/Rsm en Pseudomonas, son esenciales para entender y optimizar la producción de metabolitos de interés para la agricultura y la industria (Anderson et al., 2017; Garrido-Sanz et al., 2016; Xue et al., 2013).
• Fisiología Microbiana: La comprensión de procesos fisiológicos clave, como la homeostasis del pH y el metabolismo de diferentes fuentes de carbono (por ejemplo, el glicerol), permite el diseño de bioprocesos más eficientes y la selección de microorganismos adaptados a condiciones específicas, como las que se encuentran en los residuos agroindustriales (Krulwich et al., 2011; Poblete-Castro et al., 2020).

Análisis de Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)

1. ¿Qué Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) se abordan o están conectados con los temas destacados en el artículo?

El artículo, que consiste en una lista de referencias de investigación, aborda temas relacionados con la biotecnología, la agricultura sostenible y la gestión de residuos. A partir de los títulos de las publicaciones citadas, se pueden identificar los siguientes Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS):

• ODS 2: Hambre Cero

  Muchas de las referencias se centran en el control biológico de patógenos fúngicos que afectan a cultivos importantes como el maíz, el pepino, la soja y el tomate (por ejemplo, Aspergillus flavus, Rhizoctonia solani, Fusarium oxysporum). La investigación sobre agentes de biocontrol como Pseudomonas fluorescens y Bacillus subtilis busca proteger los cultivos, reducir las pérdidas poscosecha y promover una agricultura sostenible, lo cual es fundamental para garantizar la seguridad alimentaria.

• ODS 6: Agua Limpia y Saneamiento

  Varias citas mencionan explícitamente el tratamiento y la valorización de aguas residuales de origen agroindustrial, como el “nejayote” (el agua residual del proceso de nixtamalización del maíz) y la “vinaza”. Además, se hace referencia a la “Norma Oficial Mexicana NOM-002-ECOL-1996”, que establece límites para contaminantes en descargas de aguas residuales. Esto demuestra un enfoque en mejorar la calidad del agua y gestionar los efluentes de manera responsable.

• ODS 7: Energía Asequible y no Contaminante

  Una de las referencias (García-Depraect et al., 2017) describe un proceso de producción de “biohidrógeno” a partir de la codigestión de vinaza y nejayote. El biohidrógeno es una fuente de energía limpia, y su producción a partir de residuos agroindustriales se alinea directamente con el objetivo de desarrollar energías renovables.

• ODS 9: Industria, Innovación e Infraestructura

  La totalidad de la lista de referencias representa la investigación científica y la innovación tecnológica. Los estudios sobre la optimización de la producción de metabolitos (como la piocianina), el desarrollo de medios de cultivo a partir de subproductos y la aplicación de la biotecnología para resolver problemas agrícolas e industriales son ejemplos de cómo la investigación impulsa la innovación para una industria más sostenible.

• ODS 12: Producción y Consumo Responsables

  El tema recurrente de utilizar subproductos y residuos agrícolas (nejayote, subproductos del maíz, melaza) como materia prima para nuevos procesos (producción de metabolitos, medios de cultivo, biohidrógeno) es un claro ejemplo de economía circular. Este enfoque busca reducir la generación de desechos y darles un nuevo valor, lo que es central para la producción y el consumo responsables.

2. ¿Qué metas específicas de los ODS se pueden identificar en función del contenido del artículo?

Basado en los temas de las referencias, se pueden identificar las siguientes metas específicas:

• Meta 2.4:

  “Para 2030, asegurar la sostenibilidad de los sistemas de producción de alimentos y aplicar prácticas agrícolas resilientes que aumenten la productividad y la producción…”. Las investigaciones sobre el uso de microorganismos (Pseudomonas, Bacillus) como agentes de control biológico (biocontrol) contra enfermedades de las plantas (mencionado en Akocak et al., 2015; Al-Fadhal et al., 2019; Dimkić et al., 2022) son una alternativa sostenible a los pesticidas químicos, contribuyendo a sistemas de producción de alimentos más resilientes y productivos.

• Meta 6.3:

  “Para 2030, mejorar la calidad del agua reduciendo la contaminación, eliminando el vertimiento y minimizando la emisión de productos químicos y materiales peligrosos…”. Los estudios sobre el tratamiento del nejayote y las aguas residuales porcinas (López-Pacheco et al., 2019) y la referencia a la “Norma Oficial Mexicana NOM-002-ECOL-1996” que regula las descargas de aguas residuales, abordan directamente la reducción de la contaminación del agua.

• Meta 7.2:

  “Para 2030, aumentar considerablemente la proporción de energía renovable en el conjunto de fuentes energéticas”. La investigación sobre la “producción de biohidrógeno” a partir de residuos como la vinaza y el nejayote (García-Depraect et al., 2017) contribuye directamente al desarrollo de fuentes de energía renovable.

• Meta 9.5:

  “Aumentar la investigación científica y mejorar la capacidad tecnológica de los sectores industriales…”. Toda la lista de literatura citada es evidencia de la actividad de investigación científica destinada a desarrollar nuevas soluciones biotecnológicas para la agricultura y la industria, como la producción optimizada de metabolitos (Bacame-Valenzuela et al., 2020) y el desarrollo de medios de cultivo de bajo costo (Khalil et al., 2016).

• Meta 12.5:

  “Para 2030, reducir considerablemente la generación de desechos mediante actividades de prevención, reducción, reciclado y reutilización”. Los artículos que proponen el uso de subproductos del maíz (Bacame-Valenzuela et al., 2020), nejayote (Ramírez-Romero et al., 2013) y otros residuos agrícolas (Sivakumar et al., 2022) como recursos valiosos para otros procesos, ejemplifican la estrategia de reutilización y reciclaje para minimizar los desechos.

3. ¿Hay algún indicador de los ODS mencionado o implícito en el artículo que pueda usarse para medir el progreso hacia los objetivos identificados?

El artículo no menciona explícitamente indicadores de los ODS, ya que es una lista de referencias. Sin embargo, los temas de investigación y las normativas citadas implican la relevancia de ciertos indicadores para medir el progreso:

• Indicador 2.4.1:

  “Proporción de la superficie agrícola en que se practican formas de agricultura productivas y sostenibles”. Las investigaciones sobre biocontrol de plagas y enfermedades son fundamentales para desarrollar y promover prácticas agrícolas sostenibles. El éxito y la adopción de estas tecnologías se reflejarían en este indicador.

• Indicador 6.3.1:

  “Proporción de las aguas residuales tratadas de forma segura”. La referencia a la “Norma Oficial Mexicana NOM-002-ECOL-1996” es particularmente relevante aquí. Esta norma establece los “límites máximos permisibles de contaminantes”, que son los criterios técnicos utilizados para determinar si las aguas residuales son tratadas de forma segura antes de su descarga. Las investigaciones sobre el tratamiento del nejayote buscan desarrollar métodos para cumplir con estos estándares, impactando directamente este indicador.

• Indicador 12.5.1:

  “Tasa nacional de reciclado, toneladas de material reciclado”. Los estudios sobre la valorización de residuos como el nejayote, la vinaza y los subproductos del maíz para producir biohidrógeno, biosurfactantes o medios de cultivo, describen procesos que convierten los desechos en productos. La implementación de estas tecnologías a escala industrial contribuiría directamente a aumentar la cantidad de material reciclado o reutilizado.

4. Tabla de ODS, metas e indicadores

Fuente: scielo.org.mx