A bactéria Bacillus subtilis é um dos microrganismos mais amplamente estudados pela ciência, por contemplar uma alta gama de aplicações na indústria, medicina e agricultura. Conheça mais sobre a versatilidade e potencial desse microrganismo e seus benefícios para agricultura!
O que é Bacillus subtilis?
O Bacillus subtilis é uma bactéria gram positiva aeróbia facultativa em formato de bastonete, comumente encontrado no solo em associação com as raízes das plantas. Em laboratório, ela é rotineiramente reconhecida através das suas colônias, que assumem colorações que variam de esbranquiçado ao preto, dependendo do meio de cultura que se encontram.
Descoberto em 1872 pelo botânico e microbiologista alemão Ferdinand Julius Cohn, o Bacillus subtilis se tornou um organismo modelo para o estudo de processos das bactérias gram positivas, como esporulação, competências genéticas e formação de biofilmes.
Ele também recebeu o status GRAS (generally regarded as safe) pela agência Food and Drug Administration, do Departamento Executivo Federal de Saúde e Serviços Humanos dos Estados Unidos, sendo considerado um organismo não patogênico.
Essa conquista alavancou o seu potencial comercial em diversas áreas da indústria, medicina e agricultura, com destaque:
- Na indústria alimentícia, para fabricação de produtos fermentados, adoçantes e aditivos na alimentação animal;
- Fabricação de antibióticos, vitaminas e adjuvantes vacinais;
- Produção de enzimas industriais e proteínas heterólogas;
- Imobilização e biorremediação de moléculas;
- Desenvolvimento de bioinsumos e inseticidas.
Dentre essas diversas aplicações, o Bacillus subtilis tem demonstrado um enorme potencial na agricultura graças aos diversos benefícios que ele pode promover nos sistemas agrícolas, como:
1. Promoção do crescimento das plantas
O gênero Bacillus, ao qual Bacillus subtilis pertence, é um grupo de bactérias conhecidas como rizobactérias promotoras de crescimento de plantas (PGPR). Como o próprio nome indica, esses microrganismos possuem diversos mecanismos que favorecem o desenvolvimento das plantas.
Geovanni Pinheiro, Engenheiro Agrônomo pela Universidade Federal de Goiás, explica que existem diversos mecanismos que fazem com que isso aconteça e que podem ser divididos em mecanismos diretos e indiretos.
Os mecanismos diretos têm a ver, entre outras coisas, com a fixação e solubilização de nutrientes importantes para que as plantas se desenvolvam.
Já os mecanismos indiretos estão mais relacionados à produção de substâncias que ajudam no combate a patógenos nocivos, de enzimas e outras substâncias que ajudam nos processos biometabólicos das plantas.
Diversas pesquisas já evidenciaram que o Bacillus subtilis é capaz de manter uma relação estável com diversas espécies de plantas e favorecer alguns aspectos, como o aumento do índice de clorofila.
Foi o que observou Letícia Carolina Costa e outros pesquisadores na cultura da soja, no artigo Desenvolvimento de cultivares de soja após inoculação de estirpes de Bacillus subtilis.
2. Fixação do nitrogênio
Um dos maiores desafios da adubação nitrogenada que pode ser superado pela introdução do B. subtilis nos sistemas agrícolas é a redução da aplicação de grandes volumes de fertilizantes, que podem ser facilmente perdidos para as camadas mais profundas do solo e para atmosfera.
Tal redução pode ser alcançada pela capacidade dessa bactéria de em entrar em simbiose com as raízes das plantas e fixar nitrogênio atmosférico, se tornando um importante inoculante de baixo custo para melhorar a fixação de nitrogênio em culturas agrícolas.
Em condições de casa de vegetação, Khing Boon Kuan e outros pesquisadores observaram que uma das estirpes do B. subtilis estava entre os microrganismos que foram capazes de aumentar significativamente a absorção de nitrogênio pelas plantas de milho, a biomassa seca e o rendimento de espigas.
Resultados estes que foram explorados no estudo Plant Growth-Promoting Rhizobacteria Inoculation to Enhance Vegetative Growth, Nitrogen Fixation and Nitrogen Remobilisation of Maize under Greenhouse Conditions.
Mesmo em condições elevadas de salinidade, Praveen Satapute e outros pesquisadores constataram que uma estirpe da B. subtilis foi eficaz na fixação de nitrogênio no artigo Isolation and characterization of nitrogen fixing Bacillus subtilis strain as-4 from agricultural soil.
3. Controle de agentes fitopatogênicos e pragas
O gênero Bacillus também é muito conhecido pela sua capacidade de produzir uma ampla variedade de metabólitos secundários com propriedades antimicrobianas, enzimas líticas, compostos orgânicos voláteis e toxinas.
Tais compostos podem inibir o crescimento e as funções de agentes fitopatogênicos e pragas, como bactérias, fungos e insetos.
Estudos têm demonstrado que até 5% do genoma de B. subtilis pode ser dedicado a biossíntese de compostos antimicrobianos, como substilisinas, que atuam no envelope celular de bactérias maléficas.
Essa espécie também tem sido reconhecida pela sua capacidade de produzir quitinases, que atuam na degradação de componentes da parede celular dos fungos patogênicos.
Com um mecanismo de ação mais indireto, o Bacillus subtilis também é capaz de produzir biofilmes nas raízes das plantas, que impedem a colonização ou entrada de outros microrganismos patogênicos ao competir pelo mesmo espaço e nutrientes que eles.
No artigo Interactions of Bacillus spp. and plants – With special reference to induced systemic resistance (ISR), Devendra K. Choudhary e Bhavdish N. Johri também encontraram outro mecanismo de supressão: a ativação do sistema imunológico da planta.
Eles, assim como vários outros pesquisadores, explicam que várias cepas do gênero Bacillus, em especial das espécies B. subtilis e B. amyloliquefaciens, podem ser capazes de desencadear um mecanismo de indução de resistência sistêmica (ISR).
Assim, as plantas passam a exibir, por um determinado período de tempo, uma redução significativa na incidência ou severidade de doenças ou danos de insetos em diversas plantas hospedeiras.
No artigo Strains of Bacillus ssp. regulate wheat resistance to Septoria nodorum Berk, Guzel Burkhanova e outros pesquisadores observaram que houve a indução de resistência sistêmica regulada pela via do ácido salicílico em plantas de trigo inoculadas com B. subtilis em conjunto com B. thuringiensis, capaz de atuar contra a mancha da gluma (Septoria nodorum).
4. Manejo de nematoides
Entre os fitopatógenos que o Bacillus subtilis pode ajudar a controlar, se destaca o manejo das infestações por nematoides devido ao seu grande impacto econômico: isso porque se estima um prejuízo de 16,5 bilhões de reais causados por essa praga, somente para a cultura da soja.
Os pesquisadores Alexandre Paulo Machado e Mauro Júnior Natalino da Costa constataram a presença de um efeito nematicida contra Pratylenchus brachyurus com o uso da bactéria B. subtilis na soja, tanto in vitro, quanto em casa de vegetação.
Eles constataram no artigo Avaliando o potencial da bactéria Bacillus subtilis no controle in vitro e in vivo do fitonematoide Pratylenchus brachyurus em soja. uma eficácia acima de 70% em um dos tratamentos, quando comparada às testemunhas. E ainda ressaltaram que não houve interferência na germinação das sementes e perceberam, inclusive, um incremento de biomassa das partes área e radicular das plantas de soja.
Média dos tratamentos da soja com diferentes preparados a partir do cultivo de B. subtilis, sendo que, o 1 e o 2 representam os dados das testemunhas e de 3 a 7 representando o material inoculado. (Fonte: Machado & Costa, 2017)
5. Disponibilização de nutrientes
Também existem diversas espécies de Bacillus das quais se tem relatos sobre a capacidade de disponibilizar nutrientes, como o potássio, o fósforo e o zinco, e liberá-los para a solução do solo.
Na cultura do trigo, Devendra Singh e outros estudiosos constataram que a inoculação de uma estirpe da B. subtilis dobrou a absorção de zinco em grãos, em relação às plantas não inoculadas.
Tal habilidade advêm da sua capacidade de produzir ácidos orgânicos e inorgânicos e compostos quelantes, que atuam dissolvendo minerais e transformando as formas complexas indisponíveis dos nutrientes, em formas disponíveis para as plantas.
Preeti Mehta e outros pesquisadores do artigo Efficiency of plant growth-promoting P-solubilizing Bacillus circulans CB7 for enhancement of tomato growth under net house conditions constataram a liberação de ácido glucônico e ácido cítrico para disponibilização de fosfato.
6. Biorremediação de substâncias contaminantes
O processo de urbanização e o consequente crescimento da população mundial trouxe a necessidade de produzir mais alimentos, que por sua vez levou a um processo de industrialização da agricultura.
Segundo a pesquisadora Arlete Moyses Rodrigues, no artigo Produção do espaço e ambiente urbano, entre as consequências dessa industrialização agrícola estão o aumento dos sistemas agrícolas e dos fluxos de resíduos, bem como o aumento da frequência de acidentes com diferentes poluentes.
Uma das soluções para mitigar os danos causados pelos poluentes no solo e na água é a biorremediação, que usa de processos biológicos para degradar, ou seja, eliminar ou remover, substâncias contaminantes de recursos ambientais.
Os resultados preliminares do Estudo da aplicabilidade do biossurfactante produzido por Bacillus subtilis LAMI005 em biorremediação in situ, de Ítalo W. L. França e Luciana R. B. Gonçalves, por exemplo, já mostram o potencial da B. subtilis para biorremediar ambientes contaminados com hidrocarbonetos, como:
- Óleo de máquinas (motor SAE 15W);
- Petróleo bruto;
- n-hexadecano;
- Óleo de soja;
- Querosene;
- Gasolina;
- Diesel.
7. Alta capacidade de sobrevivência
Inicialmente, a espécie foi classificada como um organismo estritamente aeróbio, ou seja, que só sobrevivia na presença de oxigênio, como os seres humanos.
Porém, novas evidências científicas reunidas em mais de um século de pesquisas evidenciaram a existência de um mecanismo de respiração anaeróbia secundário, que não depende de oxigênio.
Esse mecanismo respiratório duplo, somado à capacidade do B. subtilis em produzir estruturas dormentes denominadas endósporos de formato cilíndrico ou elipsoidal, permitiram a sua sobrevivência mesmo em condições extremas de estresse.
Colin R. Harwood e outros pesquisadores citam, no capítulo Bacillus subtilis: Model Gram-Positive Synthetic Biology Chassis do volume 40 do livro Methods in Microbiology, que aproximadamente 5% do seu genoma é dedicado ao processo de esporulação e germinação.
Por isso, a bactéria B. subtilis consegue manter por períodos prolongados todos os seus benefícios nas lavouras, mesmo passando por períodos de condições desfavoráveis no solo, com grandes oscilações térmicas e com baixa disponibilidade hídrica e de nutrientes.
Inclusive, esse microrganismo pode se tornar um grande aliado na Nova Revolução Verde, auxiliando no grande desafio de produzir alimento a população mundial nos próximos anos.
O Bacillus subtilis pode se tornar um grande aliado na Nova Revolução Verde
A viabilidade energética e os impactos ambientais se mostram como os principais desafios para que uma Nova Revolução Verde aconteça nos próximos anos. Para superar esses desafios e produzir cada vez mais com menos terras, o uso de microrganismos, como o B. subtilis, podem se tornar uma solução inteligente para esse dilema.
Manter um ecossistema vivo é fundamental para a saúde e fertilidade do solo, sendo crucial também para a agricultura.
Isso porque vimos que o uso de microrganismos benéficos é capaz de proporcionar o aumento de características que vão favorecer o desenvolvimento e a qualidade das lavouras, criando assim, um caminho para uma agricultura cada vez mais produtiva e sustentável!
