De ocorrência cosmopolita, as bactérias do gênero Bacillus foram relatadas em todas as partes do mundo, podendo ser encontradas em diversos substratos como solo, rizosfera, superfície de plantas, grãos armazenados e, até mesmo, insetos mortos.

Isto demonstra o expressivo potencial biotecnológico de Bacillus sp. E, dentre as bactérias do gênero, Bacillus subtilis, descoberta em 1872 pelo microbiologista e botânico alemão Ferdinand Julius Cohn, se destaca no meio científico como um organismo modelo para o estudo de processos realizados por bactérias Gram-positivas.

Bacillus subtilis possui, atualmente, o selo GRAS (generally recognized as safe), pela FDA (Agência Food and Drug Administration), do Departamento Executivo Federal de Saúde e Serviços Humanos dos EUA), sendo considerado um microrganismo seguro e não patogênico a humanos.

Essa designação fomentou o crescimento exponencial de pesquisas que exploram as aplicações de Bacillus subtilis nas mais diversas áreas. Continue a leitura deste artigo para entender um pouco mais sobre o potencial deste microrganismo e seus benefícios para a agricultura!

O que é Bacillus subtilis?

Bacillus subtilis é uma rizobactéria promotora de crescimento de plantas (RGPR) comum no solo e na rizosfera das plantas. Ela desempenha um papel fundamental na conferência de tolerância a estresses bióticos e abióticos em plantas, por meio da resistência sistêmica induzida (ISR), formação de biofilmes e produção de lipopeptídeos.

Como parte das tecnologias de biorremediação, as espécies de Bacillus podem purificar solos contaminados com metais.

A bactéria Bacillus subtilis é comumente encontrada no solo e em associação com raízes de plantas, integrando os mais diversos agroecossistemas ao redor do mundo.

Detém de um expressivo potencial biotecnológico e é uma bactéria Gram-positiva aeróbia facultativa, ou seja, possui uma estrutura de parede celular simples e pode crescer na presença ou ausência de oxigênio.

Do latim, Bacillus, quer dizer “bastonete”, e subtilis significa “fino”, “delicado”. Como o nome já diz, Bacillus subtilis apresenta um formato de bastonete fino.

Em laboratório, suas colônias podem ter diferentes colorações, que variam do esbranquiçado ao preto, a depender do meio de cultura utilizado na multiplicação deste microrganismo. Possui células vegetativas estreitas que medem de 2 a 3 µm. É uma bactéria móvel capaz de formar esporos centrais de formato cilíndrico (Figura 1).

Figura 1. Células vegetativas e esporos de Bacillus subtilis por microscopia de contraste de fase (A) e microscopia eletrônica de varredura (B). Fonte: Ana Cristina Gomes | Embrapa.

Por ser encontrada, principalmente, na rizosfera, pode fornecer proteção contra vários agentes fitopatogênicos, ou seja, que causam doenças em plantas. O crescente interesse nessa espécie se deve aos metabólitos secundários que ela produz, podendo ser empregada visando a produção de esporos e a formação de biofilmes, que levam à colonização preventiva das raízes das plantas.

Como Bacillus subtilis age no solo?

Bacillus subtilis é uma das principais rizobactérias formadoras de biofilme, o que ajuda as plantas na absorção de nutrientes e colonização das raízes (Figura 1). O biofilme também atua como uma barreira física contra patógenos.

O uso de Bacillus subtilis como bioinoculante vem crescendo na agricultura moderna, sendo uma solução biológica eficaz para melhorar a saúde do solo e a produtividade das culturas. Estudos mostram que o uso de inoculantes de Bacillus em terras agrícolas reduz a liberação de gases como nitrogênio e amônia.

Um outro fator relevante é a resistência ao estresse abiótico e biótico, conferida pela formação do biofilme, auxiliando a planta no gerenciamento de seu equilíbrio em situações extremas de estresse.

Neste artigo, iremos focar nos benefícios de Bacillus subtilis para a agricultura. Contudo, apenas para termos ideia da importância deste microrganismo, algumas de suas inúmeras utilidades são:

• Fabricação de adoçantes, produtos fermentados e aditivos para a indústria alimentícia;
  • Produção de proteínas heterólogas e enzimas industriais;
  • Fabricação de vitaminas, adjuvantes vacinais e, até mesmo, antibióticos;
  • Biorremediação de moléculas em áreas contaminadas e;
  • Desenvolvimento de bioinsumos diversos.

Confira a seguir os principais benefícios do uso de Bacillus subtilis para o setor agrícola.

5 benefícios do B. subtilis para a agricultura

Dentre os diversos microrganismos utilizados na agricultura, Bacillus subtilis vem se destacando cada vez mais por sua versatilidade e alta capacidade de sobrevivência, mesmo em condições adversas.

Estima-se que 5% de seu genoma seja dedicado aos processos de esporulação e germinação no meio colonizado, mantendo-se, desta forma, por longos períodos no agroecossistema, que é extremamente beneficiado por seus serviços ecológicos. Confira a seguir mais detalhes sobre os benefícios de Bacillus subtilis para a lavoura.

Controle de fitopatógenos e insetos-praga com Bacillus subtilis

O gênero Bacillus é bastante conhecido por sua capacidade de produzir diversos metabólitos secundários que detêm de propriedades antimicrobianas, além da produção de voláteis, compostos orgânicos, toxinas e enzimas líticas.

Os metabólitos supracitados podem atuar na inibição do crescimento e de funções vitais de agentes fitopatogênicos e insetos-praga. Bacillus subtilis é capaz de biossintetizar compostos antimicrobianos, como as subtilisinas, atuando no envelope celular de fitobactérias.

Além disso, essa espécie produz quitinases capazes de degradar componentes da parede celular de fungos fitopatogênicos. O potencial entomopatogênico de toxinas e enzimas produzidas por Bacillus subtilis também tem sido estudado, visando o controle de espécies de Spodoptera sp., dentre outros insetos-praga.

Um outro mecanismo de ação apresentado por essa bactéria é a produção de biofilmes: de forma indireta, o biofilme cobre as raízes das plantas, protegendo-as contra a entrada de microrganismos patogênicos e oportunistas.

Bacillus subtilis também possui a capacidade de ativar o sistema imunológico da planta, induzindo uma reação em “cascata” que culmina na indução de resistência sistêmica (ISR). Desta forma, pode ocorrer uma redução significativa da incidência e/ou severidade de doenças e danos ocasionados por insetos ao longo do tempo.

Pesquisas apontam que Bacillus subtilis em conjunto com Bacillus thuringiensis ativaram mecanismos de indução de resistência sistêmica regulada pela via do ácido salicílico em plantas de trigo, atuando contra a mancha-da-gluma (causada pelo fungo Septoria nodorum).

O controle biológico de nematoides também pode contar com o auxílio de Bacillus subtilis. Pesquisas apontam que o uso desta bactéria em plantas de soja possui um efeito nematicida contra o nematoide-das-lesões Pratylenchus brachyurus, in vitro e em casa de vegetação, além de incrementar a biomassa de parte área e de sistema radicular.

Aprenda mais sobre o controle biológico de nematoides por Bacillus subtilis assistindo ao nosso vídeo sobre o tema:

Várias cepas de Bacillus subtilis encontram-se em fase de estudo e de teste, a fim de se produzir bioinsumos capazes de levar os benefícios trazidos por esta bactéria ao campo.

Entretanto, muitos bioinsumos à base de Bacillus subtilis já foram testados e vêm sendo comercializados. Atualmente, existem mais de 40 produtos registrados na plataforma Agrofit, do MAPA, para o controle de fungos, bactérias, nematóides e insetos-praga no Brasil.

Produtos à base de Bacillus subtilis são de fácil aplicação, podendo ser aplicados diretamente no solo ou durante o tratamento de sementes. Além disso, são eficientes, possuem baixo custo, não deixam resíduos no ambiente, não possuem período de carência e podem ser aplicados em diversas culturas.

Em contrapartida, alguns fatores influenciam a eficácia destes bioprodutos, como: faixa de pH e aeração do solo, temperatura, umidade, tipo de solo, dentre outros. Requerem, também, maiores cuidados no transporte e armazenamento e, podem apresentar incompatibilidade com outros produtos (como fungicidas e inseticidas utilizados no tratamento de sementes).

Fixação de nitrogênio no solo com B. subtilis

A redução da aplicação de grandes volumes de fertilizantes, visando suprir as exigências de nitrogênio em cultivos agrícolas, sem que ocorram grandes perdas, é um dos maiores desafios da adubação nitrogenada. Além disso, parte desta quantidade pode ser facilmente perdida para a atmosfera e/ou camadas mais profundas do solo.

A introdução de Bacillus subtilis em agroecossistemas pode contribuir para a redução da aplicação de adubos nitrogenados no solo, uma vez que, em simbiose com as raízes das plantas, essa bactéria fixa o nitrogênio atmosférico na rizosfera, atuando como um inoculante de baixo custo.

Estudos indicam que Bacillus subtilis, em conjunto com outros microrganismos, é capaz de promover um aumento significativo da absorção de nitrogênio pelas plantas de milho, bem como do teor de biomassa seca e do rendimento de espigas.

Promoção do crescimento de plantas: como Bacillus subtilis ajuda

Bactérias do gênero Bacillus são, também, conhecidas como rizobactérias promotoras de crescimento de plantas (PGPR – Plant Growth-Promoting Rhizobacteria).  Ou seja, favorecem o desenvolvimento das plantas a partir de mecanismos diversos.

Tais mecanismos podem ser diretos ou indiretos. A fixação e disponibilização de nutrientes é um mecanismo direto. Já os mecanismos indiretos estão relacionados à produção de metabólitos secundários que protegem as plantas contra fitopatógenos e insetos-praga, bem como à produção de enzimas e substâncias que auxiliam em processos metabólicos das plantas.

Um outro mecanismo indireto importante é a melhoria da qualidade do solo, uma vez que um solo saudável e bem estruturado, contendo uma microbiota benéfica, favorece o desenvolvimento das plantas, bem como o bom funcionamento do sistema imunológico destas.

Disponibilização de nutrientes no solo com Bacillus subtilis

Várias espécies de Bacillus foram estudadas quanto à capacidade de solubilizar e disponibilizar nutrientes, como o fósforo, potássio e zinco, na solução do solo. Pesquisadores constataram que a inoculação de Bacillus subtilis promoveu o dobro de absorção de zinco em grãos de trigo.

Isto se deve ao fato de que essa bactéria é capaz de produzir compostos quelantes e ácidos orgânicos e inorgânicos que agem na dissolução de minerais, transformando-os em formas mais simples e disponíveis de nutrientes para as plantas. Um exemplo disso é a liberação dos ácidos cítrico e glucônico no solo, capazes de disponibilizar o fosfato às plantas.

Biorremediação de poluentes com B. subtilis

A partir do uso intenso do solo e do crescimento industrial exponencial registrados nas últimas décadas, consequências como a contaminação e poluição do solo e da água são cada vez mais comuns e recorrentes.

A biorremediação se mostra como uma solução promissora para a mitigação dos danos causados por poluentes oriundos de atividades agrícola e industrial intensivas. Biorremediadores atuam através de processos biológicos que degradam e eliminam as substâncias contaminantes dos recursos ambientais.

Bacillus subtilis vêm sendo apontada como um biorremediador promissor para a descontaminação de ambientes contaminados por hidrocarbonetos, como: gasolina, diesel, querosene, óleo de soja, petróleo bruto, óleo de máquinas, n-hexadecano, entre outros.

Conclusões

O uso de microrganismos na agricultura está cada vez mais em alta, e, neste artigo, pudemos perceber o “porquê” desta tendência. Probióticos não são benéficos apenas aos humanos e animais, as plantas também se beneficiam, e muito, da relação com microrganismos. Bacillus subtilis, por exemplo, é um microrganismo muito eficiente e um aliado importante para o equilíbrio das plantas e dos agroecossistemas.

A adoção de microrganismos benéficos, como Bacillus subtilis, promove o aumento de características favoráveis ao desenvolvimento e qualidade das lavouras e “abre caminho” para a consolidação de uma agricultura mais sustentável e produtiva.

É valido salientar que a otimização do uso de bioprodutos à base de Bacillus subtilis requer um rigoroso controle de qualidade, a fim de garantir os inúmeros benefícios fornecidos por esta bactéria aos cultivos agrícolas.

—

Baixe Nosso e-Book Gratuito: Atualizações no Controle Biológico!

Se você deseja aprofundar seus conhecimentos sobre as soluções biológicas mais eficientes e sustentáveis para o manejo de pragas e doenças, baixe agora o nosso eBook gratuito. Nele, você encontrará as últimas atualizações sobre o uso de organismos benéficos, como o Bacillus subtilis, e outras estratégias de controle biológico que estão transformando a produtividade agrícola.

Clique em “BAIXE AGORA” e descubra como melhorar a saúde do solo e das suas plantas com alternativas biológicas de alta performance!

Referências

KHAN, A. R.; MUSTAFA, A.; HYDER, S.; VALIPOUR, M.; RIZVI, Z. F.; GONDAL, A. S.; … & DARAZ, U. Bacillus spp. as bioagents: uses and application for sustainable agriculture. Biology, v. 11, n. 12, p. 1763, 2022. DOI: 10.3390/biology11121763.

MAHAPATRA, S.; YADAV, R.; RAMAKRISHNA, W. Bacillus subtilis impact on plant growth, soil health and environment: Dr. Jekyll and Mr. Hyde. Journal of applied microbiology, v. 132, n. 5, p. 3543-3562, 2022. DOI: 10.1111/jam.15480.

SU, Y.; LIU, C.; FANG, H.; ZHANG, D. Bacillus subtilis: a universal cell factory for industry, agriculture, biomaterials and medicine. Microbial cell factories, v. 19, p. 1-12, 2020. DOI: 10.1186/s12934-020-01436-8.

MONNERAT, R., MONTALVÃO, S. C. L., MARTINS, E. S., QUEIROZ, P., DA SILVA, E. Y. Y., GARCIA, A. R. M., … & GOMES, A. Manual de produção e controle de qualidade de produtos biológicos à base de bactérias do gênero Bacillus para uso na agricultura. 2020. Disponível em: < https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/213246/1/documentos-36916.pdf>. Acesso em: 15 set. 2024.

VELOSO, C. Bacillus subtilis: conheça este microrganismo e seus benefícios para a agricultura. Blog Verde. Disponível em: <https://blog.verde.ag/pt/nutricao-de-plantas/bacillus-subtilis-conheca-este-microrganismo-e-seus-beneficios-para-a-agricultura/>. Acesso em: 18 set. 2024.

Sobre a autora: