Biotecnología

BACILLUS THURINGIENSIS: La estrella de los bioinsecticidas

Por junio 6, 2018 4 Comentarios
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Esta semana hablaremos de unos de los productos biotecnológicos que más éxito ha cosechado en todo el mundo, ya que a día de hoy, poseen el título de insecticida biológico más utilizado. Hablamos de los insecticidas y cultivos bt, basados en el mecanismo de defensa de la bacteria Bacillus thuringiensis.

Bacillus thuringiensis es una bacteria que habita de forma natural en el suelo y que tiene la propiedad de formar esporas, en situaciones de baja concentración de nutrientes, para protegerse. Las esporas no son más que pequeños cuerpos microscópicos que se forman, bien con fines reproductivos o bien, con fines de resistencia a condiciones adversas. Aunque la esporulación o formación de esporas es un proceso común en muchos microrganismos, Bacillus thuringiensis tiene una propiedad especial y es que sus esporas encierran en su interior toxinas (las famosas proteínas Cyt y Cry).

¿Por qué esta bacteria fabrica toxinas? Como mecanismo de defensa. ¿Frente a quién? Frente a aquellos organismos que resulten ser una competencia. Cada una de las diferentes cepas de Bacillus thuringiensis (Bt) fabrica toxinas que actúan específicamente contra un grupo de organismos. Por ejemplo, las cepas de Bt kurstaki fabrican toxinas contras mariposas y polillas. Y sin embargo, las cepas de Bt morrisoni producen toxinas que atacan, exclusivamente, a escarabajos.

¿Cómo funcionan estas toxinas?

Cuando la larva del insecto se alimenta de los vegetales que sea, si hay esporas de Bt en dicho entorno estás son ingeridas por el insecto y junto a ellas la toxina, que en el interior de la espora se encuentra en una forma específica conocida como cristal parasporal.

Cuando este cristal llega al intestino del insecto, el pH básico (o alcalino) que allí existe hace que el cristal se parta, generándose unidades más pequeñas que reciben el nombre de protoxinas. Estas protoxinas, posteriormente, sufren una reacción de reducción para generar la toxina propiamente dicha. Esta, tras un corte con una proteasa específica del propio insecto, se volverá activa.

Una vez activa, la toxina interactuará con las células del epitelio intestinal creando poros en sus membranas. Estas pequeñas perforaciones harán que se rompa el balance osmótico (situación en la que una célula no gana ni pierde agua), entre agua a las células, estas se hinchen y exploten. En consecuencia, las larvas del insecto quedan paralizadas y mueren. Además, existe un segundo mecanismo, en el que la propia interacción con las células intestinales activa la vía de muerte celular programada, que tal y como su propio nombre indica, conlleva la muerte de la célula.

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Ludovic Bassié (2016). Biotecnología vegetal.

¿Cómo hemos aprovechado nosotros las propiedades de esta bacteria?

Ya que la bacteria es capaz de matar pequeños animales, se han utilizado las mismas toxinas que posee Bt, como insecticida, ya sea en forma de polvos, sprays, líquidos… y que contuvieran, o bien las esporas enteras, o simplemente los cristales parasporales. Todas estas formulaciones son aplicables al follaje, al suelo, al agua de riego o las instalaciones de almacenamiento de alimentos.

¿Qué ventajas poseen estos insecticidas biológicos frente a los clásicos insecticidas químicos?

En primer lugar, el mecanismo de acción es tan eficiente que hace de ellos unos insecticidas sumamente potentes. Además, como hemos dicho, cada cepa bacteriana de Bt tiene una diana muy específica, lo que permite dirigir el tratamiento a un grupo de insectos muy concreto sin dañar el resto de comunidades. Por otro lado, son productos biodegradables (no son químicos) y están aceptados por la agricultura ecológica al ser un organismo natural que existe de forma normal en el suelo. Y por último, y quizás más importante, es que son inofensivos para seres humanos y otros mamíferos.

¿Por qué son inofensivos para nosotros a diferencia de otros productos químicos? Por que como hemos comentado, para su activación se requieren 3 condiciones, que casualmente, no se dan en los mamíferos, si no solo en los pequeños artrópodos e insectos:

  1. PH alcalino presente en el estómago de los insectos (el estómago de los mamíferos es especialmente ácido).
  2. Las proteasas que cortan son exclusivas de insecto y no están en mamíferos.
  3. Las células que reconoce la toxina activa son exclusivas del intestino de los insectos (sumamente diferentes a las de los mamíferos).

Sin embargo, estos insecticidas biológicos poseen algunas desventajas que hay que mencionar. En primer lugar, se inactivan fácilmente por reacción con la luz UV, el calor y el pH extremos. Además, las hojas producen exudados que inactivan las esporas y los cristales. Por otro lado, se eliminan fácilmente de la superficie de la planta por la acción del viento y de la lluvia por lo que se requieren múltiples aplicaciones. Y ojo si el insecticida se aplica en forma de pulverización, ya que puede haber insectos en la zona de las raíces de las plantas a los que no llegue la toxina.

¿Cómo se han tratado de superar estos inconvenientes y mejorar los productos basados en esta tecnología?

En primer lugar, se han puesto todos los esfuerzos en buscar cepas de Bacillus thuringiensis productoras de toxinas hasta 10 veces más potentes. Además, se han tratado de crear, mediante ingeniería genética, cepas de Bt que contuvieran toxinas para más de un tipo de insecto, por lo que sus esporas tendrías una diana de acción mucho más amplia.

Por otro lado, se han diseñado estrategias de encapsulación, en caso de utilizar directamente los cristales parasporales (más sensibles que las esporas enteras). Insertando el cristal en la bacteria Pseudomonas fluorescens (mucho más resistente a condiciones externas) se ha conseguido mejor la resistencia de los cristales. Además, al tratarse de una bacteria endofítica (con capacidad para penetrar en el sistema vascular de las plantas) es capaz de atacar a insectos que infectan más internamente los cultivos.

Y como olvidarnos de los cultivos Bt. La máxima solución a los problemas que presentaban los insecticidas Bt fue desarrollar cultivos transgénicos que expresaran las propias toxinas. De esta forma, cuando el insecto ataca, la propia planta secreta la toxina y acaba con ellos. ¿Cómo se ha conseguido? Insertando a la planta el gen procedente de la bacteria Bt y productor de la toxina.

¿El más famoso de este tipo de cultivos? El maíz MON810 eficaz contra mariposas y polillas, incluyendo el “Taladro del maíz”, las especie Ostrinia nubilalis. Este cultivo transgénico, prohibido actualmente en la mayoría de los países europeos (Alemania, Francia, Italia, Austria, Holanda…), sí está siendo cultivado en España. De hecho, casi un 75 % de todos los cultivos transgénicos de la Unión Europea se encuentran en España, especialmente concentrados en la Comunidad Autónoma de Aragón con casi 50.000 hectáreas cultivadas.

¿Otros productos de interés?

Las toxinas de Bacillus thuringiensis israenlesis, cuya modificación genética con 6 toxinas es una tecnología disponible actualmente. Este sistema ya ha sido aplicado para evitar la propagación de la malaria en ciertas superficies debido el gran efecto insecticida contra los mosquitos portadores de la enfermedad.

¿Te ha gustado el post? ¿Has aprendido algo nuevo? ¿Te gustaría conocer más al detalle este asunto? No dudes en dejar un comentario o ponerte en contacto a través de maria@mariairanzobiotec.com

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

http://www.scielo.org.ar/pdf/ram/v40n2/v40n2a13.pdf

https://www.ecured.cu/Bacillus_thuringiensis

http://www.ylaeuropea.es/2016/03/08/19-paises-de-la-ue-prohiben-el-maiz-transgenico-mon810/

http://www.aragon.es/estaticos/GobiernoAragon/Departamentos/AgriculturaGanaderiaMedioAmbiente/TEMAS_AGRICULTURA_GANADERIA/Areas/FORMACION_INNOVACION_SECTOR_AGROAMBIENTAL/CENTRO_TRANSFERENCIA_AGROALIMENTARIA/Publicaciones_Centro_Transferencia_Agroalimentaria/IT_2018/IT_267-18.pdf

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