[ca] La limitació en l'ús de fungicides per al control de malalties en postcollita de fruita és una problemàtica d'elevada magnitud en el sector fructícola actual. Degut a això l'ús d'estratègies alternatives com el control biològic microbià són fonamentals per a la producció de fruita de qualitat. Malgrat tot, el desenvolupament de programes de biocontrol eficaços requereix d'un coneixement profund de la capacitat de control i els mecanismes d'acció utilitzats per l'agent microbià que es pretén emprar, així com de la possibilitat per a què aquest pugui ésser produït i formulat a nivell comercial. En aquest context, la bactèria Bacillus subtilis soca CPA–8 aïllada de la superfície de nectarines al Laboratori de Patologia de Postcollita del Centre IRTA (Lleida) ha demostrat tenir una bona capacitat de biocontrol de malalties de postcollita de fruita de pinyol. El seu futur ús a nivell comercial depèn de l'estudi del seu potencial de biocontrol de malalties de postcollita de fruita; així com del desenvolupament de processos per a l'optimització de la producció i formulació. La present tesi tenia com a objectiu principal avaluar aspectes clau per al desenvolupament de B. subtilis CPA–8 com agent efectiu per al control biològic de malalties de postcollita de fruita. Per a complir amb aquest objectiu, en primer lloc, es va dur a terme una anàlisi detallada de les característiques biològiques de la soca CPA–8 com ara el seu creixement en medi de cultiu, producció d'endòspores i substàncies antifúngiques; així com el seu potencial per al control de malalties importants en postcollita de taronja, poma i fruita de pinyol (Capítol 1). Amb aquests resultats, el següent pas fou estudiar el mode d'acció utilitzat per B. subtilis CPA–8 per a la supressió de patògens de postcollita, concretament contra Monilinia spp. causant de la podridura marró en fruita de pinyol (Capítol 2). Mitjançant la combinació d'eines d'anàlisi químic, moleculars i biològiques es van determinar els principals factors implicats en la capacitat antagònica de la soca CPA–8 contra Monilinia spp. El pas següent fou optimitzar la producció de B. subtilis CPA–8, en aquest sentit es va desenvolupar un medi de cultiu de baix cost que proporcionés un creixement alt i mantingués l'eficàcia de biocontrol (Capítol 3). Primer es van buscar fonts de nitrogen i de carboni econòmiques entre productes comercials i subproductes agroalimentaris. Posteriorment es va dur a terme l'escalat de la producció de la bactèria en un bioreactor de 5 L i es va comprovar l'efectivitat per al control de Monilinia spp. en préssecs. El pas final fou la formulació de B. subtilis CPA–8 mitjançant l'assecat per atomització (Capítols 4 i 5). Aquest mètode fou seleccionat per dos motius, d'una banda perquè aquesta és una tècnica d'assecat viable per a formulació de bactèries a baix cost i per l'altra banda en base als resultats obtinguts en el capítol 1 sobre la capacitat de la bactèria per produir endòspores resistents al calor i efectives contra patògens de postcollita de fruita. Primer es va dur a terme un estudi comparatiu de l'efecte de l'atomització sobre la supervivència de B. subtilis CPA–8 i de l'agent de biocontrol Pantoea agglomerans CPA–2 (Capítol 4). Posteriorment es va realitzar una avaluació de les substàncies protectores/material de suport més adequades per a l'atomització de la soca CPA–8, i amb els millors productes atomitzats es van avaluar diferents medis de rehidratació i l'activitat antifúngica; així com la vida útil y l'efectivitat durant l'emmagatzemament (Capítol 5) Els resultats obtinguts en el capítol 1 demostraren que B. subtilis CPA–8 produeix cèl lules, endòspores resistents al calor i compostos que tenen una alta activitat antagònica in vitro contra els principals patògens de postcollita de fruita Botrytis cinerea, Monilinia laxa, Monilinia fructicola, Penicillium digitatum, Penicillium italicum i Penicillium expansum. Els tractaments de cèl lules, endòspores y sobrenedants lliures de cèl lules de la soca CPA–8 mostraren diferents nivells d'efectivitat per al control de podridures en taronja, poma i fruita de pinyol, presentant els millors resultats contra Monilinia spp. en préssecs i nectarines amb reduccions de la incidència de la malaltia fins al 100 %. L'assaig de dosis de diferents tractaments de la soca CPA–8 a 108, 107 i 106 UFC mL–1 foren efectius contra Monilinia spp. de forma semblant o millor al Serenade Max®. L'estudi del mode d'acció de B. subtilis CPA–8 (Capítol 2) va demostrar que els sobrenedants lliures de cèl lules provinents de cultius líquids tenen una alta activitat antifúngica in vitro contra Monilinia spp. similar a l'observada amb suspensions cel lulars. Les anàlisis mitjançant PCR i bioautografia en TLC d'extractes butanòlics d'aquests sobrenedants en comparació amb els de les soques de referència de B. subtilis UMAF6614 i UMAF6639, van revelar la producció de les principals famílies de lipopèptids antifúngics coneguts en Bacillus (fengicines, iturines i surfactines), fet que apuntava l'antibiosi com a principal mecanisme d'acció implicat en la capacitat de biocontrol de B. subtilis CPA–8. Les fraccions corresponents a les fengicines foren les responsables de l'activitat inhibitòria de la soca CPA–8 enfront de Monilinia spp. Aquests resultats van ser corroborats definitivament mitjançant la construcció de mutants de B. subtilis CPA–8 defectius per a la producció de fengicina interrompent l'expressió del gen fenB. Les anàlisis per PCR i bioautografia en TLC revelaren que els mutants defectius de la soca CPA–8 perdien la capacitat d'inhibir a Monilinia spp. per la seva incapacitat per a produir fengicines. Els assaigs d'efectivitat en fruita utilitzant tractaments provinents dels mutants de la soca CPA–8 van demostrar que aquests havien perdut la capacitat de controlar la podridura causada per Monilinia spp. amb percentatges d'incidència similars als observats en el control sense tractar, mentre que els tractaments amb la soca parental o Serenade Max® presentaven reduccions de la malaltia de fins el 100 %. Tots aquests resultats demostraren que la producció de fengicines juga un paper molt important en l'efectivitat de B. subtilis CPA–8 per a controlar la podridura marró del préssec; i que aquest resulta ser el principal mode d'acció implicat en la seva capacitat de biocontrol. En l'optimització de la producció de B. subtilis CPA–8 (Capítol 3) els resultats obtinguts van demostrar que és possible aconseguir alts nivells de biomassa (superiors a 3×109 UFC mL–1) emprant dos medis de baix cost composats per farina de soja desengreixada 44 % a 40 g L–1 com a font de nitrogen en combinació amb sacarosa a 20 g L–1 o melassa a 5 g L–1 com a fonts de carboni. A més a més, la producció de la soca CPA–8 en aquest medi de baix cost va poder ser escalada a nivell de laboratori en un bioreactor de 5 L de capacitat a 30 °C, amb agitació de 200 rpm i flux d'aire de 100 L h–1, mantenint les concentracions de la bactèria a 3×109 UFC mL–1. Els assaigs en fruita amb tractaments de la soca CPA–8 crescuda en el medi optimitzat de baix cost van demostrar que aquesta mantenia la seva eficàcia de biocontrol contra M. fructicola en préssecs amb reduccions de la malaltia de fins al 95 %, similar als tractaments de la bactèria crescuts en medis de laboratori. Les poblacions de CPA–8 van sobreviure en ferides de préssecs inoculats, independentment dels medis de cultiu utilitzats. Aquests resultats proporcionen una base fiable per a la producció de la soca CPA–8 a nivell industrial. En la formulació de B. subtilis CPA–8 mitjançant assecat per atomització (Capítols 4 i 5) els resultats demostraren que aquesta bactèria és capaç de sobreviure a les altes temperatures del procés (32.3 % de viabilitat i 3.3×109 UFC g–1 de concentració final de producte), comparada amb P. agglomerans CPA–2 utilitzada com a model de bactèria sensible a la calor i no formadora d'endòspores que no fou resistent (menys del 2 % de viabilitat). La supervivència de la soca CPA–8 a l'atomització va estar directament relacionada amb la seva capacitat per a produir endòspores resistents a les altes temperatures. La resistència a la calor de la soca CPA–8 a més a més va dependre de la fase de creixement, essent el cultiu de 72 h, més resistent que el de 24 h, probablement pel seu major contingut d'endòspores. Els resultats obtinguts en l'estudi de la substància protectora/material de suport més adequada per a l'atomització de B. subtilis CPA–8 van demostrar que quatre diferents combinacions de llet desnatada en pols i MgSO4 proveïen una bona recuperació de pols (28–38 %) i continguts d'humitat del 7–13 %. La supervivència de la soca CPA–8 fou diferent en els atomitzats dels cultius de 24 i 72 h. Les formulacions de 72 h mostraven una major supervivència (28–32 %) y amb concentracions finals al voltant d'1.6–3.3×109 UFC g–1, mentre que la viabilitat dels atomitzats de 24 h fou inferior a l'1 %, fet pel qual les primeres van seleccionar–se per a la seva posterior avaluació. Diferents rehidratants como l'aigua o el tampó fosfat van proporcionar una bona recuperació de cèl lules viables en les formulacions de CPA–8 similars a les obtingudes amb llet desnatada en pols o sacarosa al 10 % amb el que es dedueix que l'aigua pot utilizar–se com a rehidratant amb l'avantatge a nivell pràctic que això suposa. L'estudi de la vida útil de les formulacions de la soca CPA–8 emmagatzemades a 4 °C (fred) i a 20 °C (temperatura ambient) va demostrar que la viabilitat es mantenia o disminuïa lleugerament (0.2–0.3 log) durant 6 mesos d'emmagatzematge. A més a més, després de 4 i 6 mesos de conservació aquestes formulacions controlaven la podridura marró causada per Monilinia spp. en nectarines i préssecs mostrant reduccions de la incidència de la malaltia entre el 90 i 100 %. Els resultats obtinguts van demostrar que l'atomització podria ser un mètode d'assecat adequat per a obtenir formulacions estables i efectives de B. subtilis CPA–8.En conclusió els estudis realitzats en aquesta tesi demostren el potencial de l'antagonista B. subtilis CPA–8 per al control de malalties de postcollita de fruita i estableixen les bases per a la seva posterior implementació de la producció i formulació a nivell comercial.

[es] La limitación en el uso de fungicidas para el control de enfermedades en postcosecha de fruta es un grave problema en el sector frutícola actual. Debido a esto, el uso de estrategias alternativas como el control biológico microbiano son fundamentales para la producción de fruta de calidad. Sin embargo, el desarrollo de programas de biocontrol eficaces requiere de un fuerte conocimiento de la capacidad de control y los mecanismos de acción usados por el agente microbiano que se pretende emplear, así como de la posibilidad para que éste pueda ser producido y formulado a nivel comercial. En este contexto, la bacteria Bacillus subtilis cepa CPA–8 aislada de la superficie de nectarinas en el Laboratorio de Patología de Postcosecha del Centro IRTA (Lleida) ha demostrado tener una importante capacidad de biocontrol de enfermedades de postcosecha de fruta de hueso. Su futuro uso a nivel comercial depende del estudio de su potencial de biocontrol de enfermedades de postcosecha de fruta; así como del desarrollo de procesos para su óptima producción y formulación. La presente tesis tiene como objetivo fundamental evaluar aspectos clave para el desarrollo de B. subtilis CPA–8 como agente eficaz de control biológico de enfermedades de postcosecha de fruta. Para cumplir con este objetivo, en primer lugar, se realizó un análisis detallado de las características biológicas de la cepa CPA–8 como su crecimiento en medio de cultivo, producción de endosporas y sustancias antifúngicas; así como su potencial para el control de importantes podredumbres de postcosecha de naranja, manzana y fruta de hueso (Capítulo 1). Con estos resultados el siguiente paso fue estudiar el modo de acción usado por B. subtilis CPA–8 para la supresión de patógenos de postcosecha, concretamente contra Monilinia spp. causante de la podredumbre marrón en fruta de hueso (Capítulo 2). Mediante la combinación de herramientas de análisis químico, molecular y biológico se determinaron los principales factores implicados en la capacidad antagónica de la cepa CPA–8 contra Monilinia spp. El siguiente paso fue optimizar la producción de B. subtilis CPA–8, para lo cual se desarrolló un medio de cultivo de bajo coste que proporcionase un crecimiento alto y mantuviese la eficacia de biocontrol (Capítulo 3). Primero se buscaron fuentes de nitrógeno y carbono económicas entre productos comerciales y subproductos agroalimentarios. Posteriormente se realizó el escalado de producción de la bacteria en un bioreactor de 5 L y se comprobó la efectividad para el control de Monilinia spp. en melocotones. El paso final fue la formulación de B. subtilis CPA–8 mediante secado por atomización (Capítulos 4 y 5). Este método fue seleccionado por dos motivos, por un lado porque ésta es una técnica de secado viable para formulación de bacterias a bajo coste y en base a los resultados obtenidos en el capítulo 1 sobre la capacidad de la bacteria para producir endosporas resistentes al calor y eficaces contra patógenos de postcosecha de fruta. Primero se realizó un estudio comparativo del efecto de la atomización sobre la supervivencia de B. subtilis CPA–8 y del agente de biocontrol Pantoea agglomerans CPA–2 (Capítulo 4). Posteriormente se realizó una evaluación de las sustancias protectoras/material de soporte más adecuadas para la atomización de la cepa CPA–8, y de los mejores productos atomizados se evaluaron los distintos medios de rehidratación y la actividad antifúngica; así como su vida útil y efectividad durante conservación (Capítulo 5).Los resultados obtenidos en el capítulo 1 indicaron que B. subtilis CPA–8 produce células, endosporas resistentes al calor y compuestos que tienen una alta actividad antagónica in vitro contra los principales patógenos de postcosecha de fruta Botrytis cinerea, Monilinia laxa, Monilinia fructicola, Penicillium digitatum, Penicillium italicum y Penicillium expansum. Los tratamientos de células, endosporas y sobrenadantes libres de células de la cepa CPA–8 mostraron diferentes niveles de efectividad para el control de podredumbres en naranja, manzana y fruta de hueso, presentando los mejores resultados contra Monilinia spp. en fruta de hueso con reducciones de la incidencia de la enfermedad hasta del 100 %. El ensayo de dosis de diferentes tratamientos de la cepa CPA–8 a 108, 107 y 106 UFC mL–1 fueron efectivos contra Monilinia spp., de forma similar o mejor que Serenade Max®. El estudio del modo de acción de B. subtilis CPA–8 (Capítulo 2) demostró que los sobrenadantes libres de células provenientes de cultivos líquidos tenían una alta actividad antifúngica in vitro contra Monilinia spp. similar a la observada con suspensiones celulares. Los análisis mediante PCR y bioautografía en TLC de extractos butanólicos de estos sobrenadantes en comparación con los de las cepas de referencia de B. subtilis UMAF6614 y UMAF6639, revelaron la producción de las principales familias de lipopéptidos antifúngicos conocidos en Bacillus (fengicinas, iturinas y surfactinas), lo que apuntó a la antibiosis como el principal mecanismo de acción implicado en la capacidad de biocontrol de B. subtilis CPA–8. Las fracciones correspondientes a las fengicinas fueron las responsables de la actividad inhibitoria de la cepa CPA–8 frente a Monilinia spp. Estos resultados fueron definitivamente corroborados mediante la construcción de mutantes de B. subtilis CPA–8 defectivos para la producción de fengicina interrumpiendo la expresión del gen fenB. Los análisis por PCR y bioautografía en TLC revelaron que los mutantes defectivos de la cepa CPA–8 perdieron la capacidad de inhibir a Monilinia spp. por su incapacidad para producir fengicinas. Los ensayos de efectividad en fruta utilizando tratamientos provenientes de los mutantes de la cepa CPA–8 demostraron que éstos habían perdido su capacidad para controlar la podredumbre causada por Monilinia spp. con porcentajes de incidencia similares a los observados en el control sin tratar, mientras que los tratamientos con la cepa parental o Serenade Max® presentaron reducciones de enfermedad de hasta el 100 %. Todos estos resultados demostraron que la producción de fengicinas juega un papel muy importante en la efectividad de B. subtilis CPA–8 para controlar la podredumbre marrón del melocotón; y que éste resulta ser el principal mecanismo de acción implicado en su capacidad de biocontrol. En la optimización de la producción de B. subtilis CPA–8 (Capítulo 3) los resultados obtenidos demostraron que se pueden conseguir altos niveles de biomasa (superiores a 3×109 UFC mL–1) usando dos medios de bajo coste compuestos por harina de soja desengrasada 44 % a 40 g L–1 como fuente de nitrógeno en combinación con sacarosa a 20 g L–1 o melaza a 5 g L–1 como fuentes de carbono. Además la producción de la cepa CPA–8 en este medio de bajo coste pudo ser escalada a nivel de laboratorio en un bioreactor de 5 L de capacidad a 30 °C, con agitación de 200 rpm y flujo de aire de 100 L h–1, manteniendo las concentraciones de la bacteria a 3×109 UFC mL–1. Los ensayos en fruta con tratamientos de la cepa CPA–8 crecida en el medio optimizado de bajo coste demostraron que ésta mantenía su eficacia de biocontrol contra M. fructicola en melocotones con reducciones de enfermedad de hasta el 95 %, similar a los tratamientos de la bacteria crecidos en medios de laboratorio. Las poblaciones de CPA–8 sobrevivieron en heridas de melocotones inoculados, independientemente de los medios de cultivo utilizados. Estos resultados proporcionan una base fiable para la producción de la cepa CPA–8 a nivel industrial. En la formulación de B. subtilis CPA–8 mediante secado por atomización (Capítulos 4 y 5) los resultados demostraron que esta bacteria es capaz de sobrevivir a las altas temperaturas del proceso (32.3 % de viabilidad y 3.3×109 UFC g–1 de concentración final de producto), comparado con P. agglomerans CPA–2 utilizada como modelo de bacteria sensible al calor y no formadora de endosporas que no fue resistente (menos del 2 % de viabilidad). La supervivencia de la cepa CPA–8 a la atomización estuvo directamente relacionada con su capacidad para producir endosporas resistentes a las altas temperaturas. La resistencia al calor de la cepa CPA–8 además dependió de la fase de crecimiento, siendo el cultivo de 72 h, más resistente que el de 24 h, probablemente por su mayor contenido de endosporas. Los resultados obtenidos en el estudio de la sustancia protectora/material de soporte más adecuada para la atomización de B. subtilis CPA–8 demostraron que cuatro diferentes combinaciones de leche desnatada en polvo y MgSO4 proveían una buena recuperación de polvo (28–38 %) y contenidos de humedad del 7–13 %. La supervivencia de la cepa CPA–8 varió considerablemente en los atomizados con los cultivos de 24 h y los de 72 h. Las formulaciones de 72 h mostraron una mayor supervivencia (28–32 %) y con concentraciones finales entorno a 1.6–3.3×109 UFC g–1, mientras que la viabilidad de los atomizados de 24 h fue inferior al 1 %, por lo cual se seleccionaron para su posterior evaluación. Diferentes rehidratantes como el agua o tampón fosfato proporcionaron una buena recuperación de células viables en las formulaciones de CPA–8 similares a las obtenidas en leche desnatada en polvo o sacarosa al 10 % por lo que el agua puede utilizarse como rehidratante con la ventaja a nivel práctico que supone. El estudio de la vida útil de las formulaciones de la cepa CPA–8 almacenadas a 4 °C (frío) y a 20 °C (temperatura ambiente) demostró que la viabilidad se mantuvo o disminuyó ligeramente entorno a 0.2–0.3 log durante 6 meses de almacenamiento. Además después de 4 y 6 meses de almacenamiento estas formulaciones controlaron la podredumbre marrón causada por Monilinia spp. en nectarinas y melocotones mostrando reducciones de la incidencia de la enfermedad entre el 90 y 100 %. Los resultados obtenidos demostraron que la atomización podría ser un método de secado adecuado para obtener formulaciones estables y eficaces de B. subtilis CPA–8. En conclusión los estudios realizados en esta tesis demuestran el potencial del agente de biocontrol B. subtilis CPA–8 para el control de enfermedades de postcosecha de fruta y sientan las bases para su posterior implementación de la producción y formulación a nivel comercial