Los microorganismos forman parte esencial de los ecosistemas. Aunque son invisibles al ojo humano, bacterias, hongos y levaduras cumplen funciones fundamentales en la agricultura, el ambiente y la salud humana. Participan en procesos como el reciclaje de nutrientes, la degradación de contaminantes, la protección de las plantas frente a patógenos y el mantenimiento de la microbiota intestinal. En agricultura, algunos microorganismos se emplean como agentes de control biológico capaces de reducir o eliminar plagas y enfermedades, además de favorecer la absorción de nutrientes y estimulan el crecimiento de cultivos. En salud, los microorganismos probióticos presentes en medicamentos, yogures y alimentos fermentados contribuyen al equilibrio intestinal (Figura 1). Asimismo, ciertos microorganismos pueden degradar hidrocarburos, pesticidas y metales pesados presentes en suelos y aguas contaminadas, proceso conocido como biorremediación.
Sin embargo, utilizar microorganismos en condiciones reales no es sencillo. Muchos mueren durante el almacenamiento, transporte o aplicación debido al calor, la radiación ultravioleta, la desecación o cambios extremos de pH, lo que reduce rápidamente su viabilidad y eficacia. En agricultura, gran parte de los microorganismos no logra establecerse en el suelo o sobre la planta, disminuyendo el efecto esperado y obligando a realizar aplicaciones repetidas. Algo similar ocurre con los probióticos, pues muchas bacterias beneficiosas no sobreviven al paso por el ambiente ácido del estómago.
Para enfrentar este problema, los investigadores han desarrollado estrategias tecnológicas relevantes como la encapsulación, la cual consiste en rodear microorganismos con una capa protectora ultrafina que funciona como un abrigo microscópico. Estas cubiertas no solo los protegen del ambiente, sino que también pueden controlar su actividad y liberarlos únicamente cuando las condiciones son adecuadas. Dependiendo del material utilizado, las cápsulas pueden mantener a los organismos en estado de latencia o reposo hasta el momento de su activación, prolongando así su viabilidad y funcionalidad. Estas capas protectoras pueden fabricarse con materiales biodegradables y biocompatibles, como alginato, quitosano, pectina o lignina, así como de otros más complejos como sílice, carbonato de calcio, complejos de polifenol-metal y magnetita. Según su diseño, la cápsula puede actuar como barrera física, reserva de nutrientes o sistema de liberación controlada (Figura 2).
Uno de los ejemplos más interesantes es el encapsulado de esporas del hongo Trichoderma reesei en capas de lignina. Estas permanecen en latencia hasta detectar enzimas producidas por un patógeno de la vid. Solo entonces, la cubierta se degrada y libera al microorganismo justo en el sitio de infección. En otras investigaciones, bacterias de los géneros Pseudomonas y Lysinibacillus encapsuladas han mostrado mejoras en la degradación de hidrocarburos y metales pesados. En el área de alimentos, probióticos como Lactobacillus y Bifidobacterium encapsulados han incrementado su supervivencia durante el almacenamiento y el tránsito gastrointestinal.
Además de proteger microorganismos, la encapsulación permite incorporar funciones adicionales. Algunas cápsulas contienen nanopartículas magnéticas para recuperar microorganismos después de procesos de biorremediación, mientras que otras incluyen enzimas antioxidantes que ayudan a bacterias sensibles a sobrevivir en ambientes hostiles. También es posible combinar microorganismos con compuestos antifúngicos dentro de una misma cápsula, logrando una acción inmediata y una protección más prolongada, lo que podría reducir el uso de agroquímicos.
No obstante, esta tecnología enfrenta desafíos importantes, ya que algunos métodos de encapsulación son costosos y difíciles de implementar a gran escala. Además, una cápsula mal diseñada puede impedir que el microorganismo crezca o actúe correctamente. También persisten dudas sobre el impacto ambiental de ciertos materiales y la manera de regular su uso de forma segura. Pese a estas limitaciones, la encapsulación microbiana representa una de las áreas más prometedoras de la biotecnología moderna, pues en el futuro podrían desarrollarse formulaciones más biodegradables, económicas y específicas, capaces de liberar microorganismos únicamente donde sean necesarios. Más que reemplazarlos, esta tecnología busca protegerlos y potenciar sus funciones en la agricultura, la salud y el ambiente.
Lecturas recomendadas:
- Agriopoulou, S., et al. (2023). Application of encapsulation strategies for probiotics: From individual loading to co-encapsulation. Microorganisms, 11, 2896.
- Liu, L., et al. (2023). Nanoencapsulation in polymeric materials: Weaving magical coats for microorganisms. Nanotoday, 52, 101973.
- Valdivia-Rivera, S., et al. (2021). Encapsulation of microorganisms for bioremediation: Techniques and carriers. Rev Environ Sci Biotechnol, 20, 815–838.
1Red de Estudios Moleculares Avanzados, Instituto de Ecología A.C. (INECOL), Xalapa, Veracruz, México.
2Investigador por México SECIHTI, Ciudad de México, México.
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