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Investigadores de la South Dakota State University (SDSU), en Estados Unidos, han desarrollado unas diminutas “fábricas de nitrógeno” biodegradables que podrían contribuir a reducir la dependencia de los fertilizantes nitrogenados sintéticos en la agricultura.
El avance se basa en unas microesferas de hidrogel capaces de encapsular bacterias fijadoras de nitrógeno y proporcionarles el entorno adecuado para transformar el nitrógeno atmosférico en formas aprovechables por las plantas.
El trabajo, publicado en la revista Plant and Soil, parte de un fenómeno observado tanto en las raíces de las leguminosas como en determinadas variedades tradicionales de maíz de México. En estos sistemas naturales, las bacterias fijadoras de nitrógeno disponen de microambientes con bajos niveles de oxígeno que permiten mantener activa la nitrogenasa, una enzima esencial para convertir el nitrógeno atmosférico en amoníaco.
El principal reto para trasladar este proceso a cultivos que no forman nódulos radiculares, como el maíz o el trigo, es precisamente la sensibilidad de la nitrogenasa al oxígeno. Para resolverlo, el equipo de la SDSU ha diseñado un sistema que imita las condiciones de estos microambientes naturales.
La solución desarrollada utiliza alginato, un polímero natural y biodegradable obtenido de las algas que ya se emplea en aplicaciones como envases alimentarios, apósitos y sistemas de liberación controlada de fármacos.
Los investigadores introdujeron bacterias fijadoras de nitrógeno en una solución de alginato que, al entrar en contacto con sales metálicas, forma pequeñas esferas de hidrogel. Estas estructuras actúan como una especie de “nódulo radicular artificial”, protegiendo a los microorganismos del oxígeno y permitiendo que continúen desarrollando su actividad fijadora de nitrógeno.
El equipo evaluó seis metales —calcio, estroncio, zinc, níquel, cobre y aluminio— y dos especies bacterianas, Azospirillum brasilense y Herbaspirillum seropedicae. Las formulaciones basadas en calcio ofrecieron los mejores resultados, al presentar los niveles de oxígeno más bajos y encapsular más del 70 % de las bacterias incorporadas.
Además, las bacterias encapsuladas en las microesferas de calcio mantuvieron una actividad de la nitrogenasa comparable a la registrada en condiciones de laboratorio específicamente optimizadas para la fijación de nitrógeno.
Uno de los aspectos más relevantes de la tecnología es su carácter biodegradable. Las pruebas realizadas por los investigadores mostraron que las microesferas se degradan progresivamente en el suelo durante aproximadamente 120 días, evitando que el material permanezca de forma permanente en el entorno.
Los investigadores también analizaron si proporcionar glucosa adicional a las bacterias podía incrementar la fijación de nitrógeno. Los resultados fueron diferentes según el microorganismo: en Herbaspirillum seropedicae la actividad de la nitrogenasa aumentó significativamente, mientras que en Azospirillum brasilense disminuyó.
Por el momento, la tecnología se encuentra en una fase de prueba de concepto. El siguiente paso será comprobar si las microesferas pueden mantener la fijación biológica de nitrógeno en condiciones reales de suelo y cultivo. Si los resultados de laboratorio se trasladan con éxito al campo, el sistema podría convertirse en una herramienta para suministrar nitrógeno a cultivos como maíz y trigo y reducir parcialmente la necesidad de fertilizantes nitrogenados sintéticos.
El estudio pone de manifiesto el potencial de combinar microbiología, ciencia de materiales e ingeniería de biomateriales para desarrollar nuevas soluciones destinadas a una agricultura más eficiente en el uso de nutrientes y con menor dependencia de insumos químicos convencionales.
Referencia: South Dakota State University
Más información: Prashant Dahal et al., Modulación de la actividad de la nitrogenasa de diazotrofos encapsulados mediante microambientes regulados por oxígeno y disponibilidad de carbono en perlas de hidrogel de alginato, Plant and Soil (2026). DOI: 10.1007/s11104-026-08876-y
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