15 agosto, 2011

La resistencia a las toxinas Bt estarían asociadas a dos aminopeptidasas

Hace unos pocos días hablamos de la aparición de insectos resistentes a las toxinas Bt producidas por el algodón transgénico en China. Sin embargo, hasta ahora no se sabe exactamente cómo se da esta resistencia, qué genes están involucrados y que cambios fisiológicos le producen al insecto. Un par de investigadores del Departamento de Entomología de la Universidad de Cornell estudiaron la resistencia a la toxina Bt Cry1Ac en el gusano medidor del repollo (Trichoplusia ni) y encontraron que una alteración diferencial en la expresión de dos aminopeptidasas N del tracto digestivo de las larvas estaba involucrado en este proceso. Los resultados fueron publicados hoy en PNAS.

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Las toxinas Bt son extraídas de una bacteria que vive en los suelos llamada Bacillus thuringiensis. Estas toxinas proteicas son codificadas por los genes Cry y tienen la capacidad de matar a un gran número de especies de insectos diferentes. Es por esta razón que tiene una gran importancia dentro del campo de la agricultura ya que es usado como un biopesticida muy efectivo. Gracias a la biotecnología, se ha podido aislar este gen e introducirlo en plantas como el algodón, el maíz o la soya, para producir plantas capaces de generar la toxina Bt por sí mismas, adquiriendo así una resistencia innata a las plagas.

Las toxinas Bt expresadas por las plantas transgénicas entran al tracto digestivo de los insectos quienes despreocupadamente devoran sus hojas. Una vez dentro, las toxinas son activadas por las proteasas digestivas del propio insecto y penetran las células del tejido epitelial del intestino, gracias a su afinidad por la cadherina (una proteína de membrana), provocando una lisis celular y causando la muerte del insecto.

Debido a las malas prácticas agronómicas (Ej.: la ausencia de refugios no transgénicos en los campos de cultivo de plantas Bt o el uso de plantas con una sola toxina Bt) se han reportado la aparición de insectos resistentes en algunos campos de cultivo del mundo, principalmente en Asia. Por otro lado, también se han desarrollado y seleccionado cepas de insectos resistentes en el laboratorio con el fin de estudiar los mecanismos involucrados con la tolerancia a las toxinas. Entre las principales estrategias tenemos: la alteración de las proteasas digestivas del intestino medio de los insectos, la reducción de la permeabilidad de la membrana celular del epitelio intestinal o la mutación de los transportadores ABC.

Sin embargo, no se sabe si los mecanismos de resistencia obtenidos en el laboratorio representen acertadamente lo que ocurre en la naturaleza ya que hasta ahora no se han estudiado a fondo los casos de resistencia que han evolucionado en los campos de cultivo. Tiewsiri & Wang estudiaron la resistencia adquirida a la toxina Bt Cry1Ac por Trichoplusia ni.

APNgenesAl analizar y comparar las proteínas presentes en las células epiteliales del intestino medio de los T. nu susceptibles y resistentes a la toxina Bt observaron que dos aminopeptidasas N (APN1 y APN6) eran expresadas de diferente manera en cada una de las cepas. Usando la PCR cuantitativa se observó que los niveles de expresión de los genes apn1 y apn6 en los T. nu resistentes eran 40 veces inferiores y 39 veces superiores que en los T. nu susceptibles, respectivamente. A nivel de proteína, esto se traducía en 10 veces menos APN1 y 6 veces más APN6 en las cepas resistentes.

Los investigadores demostraron que los genes que codifican estas dos proteínas —apn1 y apn6— no se encontraban ligados. Esto quiere decir que se segregaban independientemente y que la reducción en los niveles de expresión de uno no estaba asociado al aumento de la expresión del otro. Los genes funcionaban independientemente y la resistencia no estaba asociada a la co-segregación de estos dos genes. Entonces, esto quiere decir que uno de los dos es el responsable de la resistencia.

Los investigadores observaron que la toxina Bt Cry1Ac se unía a la APN1 pero no a la APN6. Estudios previos han demostrado que la interacción de Cry1Ac con APN1 promueve la toxicidad en el intestino medio de los insectos ya que aumenta la concentración de la toxina cerca a las membranas celulares, facilitando su unión a la cadherina y su posterior ingreso a la célula. Entonces, las larvas resistentes tienen una menor cantidad de APN1, reduciendo así su biodisponibilidad para unirse con la cadherina. Sin embargo, para compensar la carencia de APN1, los niveles de otra aminopeptidasa como la APN6 deben incrementarse.

Por ahora aún falta investigar que factores están involucrados en la expresión diferencial de estas dos aminopeptidasas, pero este estudio nos da una clave importante de cómo se da la resistencia a las toxinas Bt en este insecto y tal vez pueda ser extrapolado a otras especies de plagas. Por otro lado, esta es tan sólo una de las tantas estrategias de tolerancia que pueden haber adquirido las plagas durante todos los años que vienen cultivándose las plantas Bt, es importante monitorear constantemente las poblaciones de plagas para ver si han adquirido algún tipo de resistencia o no. De aparecer una plaga resistente a las toxinas Bt sería una grave amenaza para la agricultura ya que todas las plantas transgénicas son genéticamente idénticas, no hay variabilidad genética en ellas que les permitan adaptarse y defenderse de enemigos más resistentes.


Referencia:

ResearchBlogging.orgKasorn Tiewsiri, & Ping Wang (2011). Differential alteration of two aminopeptidases N associated with resistance to Bacillus thuringiensis toxin Cry1Ac in cabbage looper Proceedings of the National Academy of Sciences. doi:10.1073/pnas.1102555108

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