09 octubre, 2011

Toxinas Bt modificadas para combatir a las plagas resistentes

BtToxin

Una de las estrategias más exitosas para el control de plagas es dotar a los cultivos de una toxina bacteriana llamada Bt —por la bacteria Bacillus thuringiensis. Esta toxina, que es insertada en las plantas mediante herramientas biotecnológicas, se expresa en las hojas y mata a todo insecto que se las come. Sin embargo, el uso excesivo de estos cultivares, la ausencia de zonas de refugio (zonas de plantas no transgénicas aledañas donde viven insectos susceptibles) y el uso de un sólo tipo de toxina Bt, genera la aparición de insectos resistentes que reducen la capacidad de protección del cultivar transgénico.

Las toxinas Bt son proteínas cristalinas codificadas por la familia de genes Cry1A. Si bien el mecanismo de acción no está del todo entendida, se cree que estas proteínas se solubilizan en el tracto digestivo de las orugas, luego interactúan con otras proteínas conocidas como las aminopeptidasas y, una vez juntas, se unen a las cadherinas —unas proteínas receptoras de membrana. Las cadherinas promueven la pérdida de un extremo de la toxina Bt llamado N-terminal y éstas empiezan a aglomerarse (oligomerización) hasta formar un poro por donde se pierden muchos iones y las células sufren un choque osmótico que finalmente les causa la muerte.

Al estudiar los insectos resistentes en el laboratorio, los científicos descubrieron que éstos presentaban ciertas mutaciones en los genes que codifican para las aminopeptidasas (AP) y las cadherinas sugiriendo que estas mutaciones evitan que las toxinas pierdan su extremo N-terminal y se oligomericen para formar los poros.

En base a esta hipótesis, un grupo de investigadores liderados por el biólogo Bruce Tabashnik de la Universidad de Arizona en colaboración con Alejandra Bravo y Mario Soberón de la Universidad Nacional Autónoma de México desarrollaron dos toxinas Bt modificadas, a las cuales se les quitó el extremo N-terminal para que puedan formar el poro sin la necesidad de interactuar con la cadherina. Contra todo pronóstico, la toxina modificada fue hasta 540 veces más letal en dos especies de insectos cuya resistencia no estaba asociada a la cadherina según reportaron hoy en Nature Biotechnology.

En los ensayos previos, probaron la toxina Bt modificada en dos insectos resistentes. A uno (Manduca sexta) lo volvieron resistente usando un ARN de interferencia (ARNi) que boqueaba la expresión de las cadherinas. El otro (Pectinophora gossypiella) era resistente porque perdió el gen de la cadherina naturalmente. Las larvas de estos dos insectos sucumbieron ante la toxina Bt modificada, demostrando así la validez de la hipótesis.

Luego, hicieron la misma prueba en 5 especies de plagas deferentes, cada una con un mecanismo de resistencia especial. Cuando analizaron los resultados,Tabashnik y sus colegas observaron con extrañeza que la toxina modificada era extremadamente eficiente en la larva de Plutella xylostella (Px), un insecto cuya resistencia no estaba asociada a la cadherina sino a una mutación en el sistema de transporte ABC. El mismo efecto se observó Ostrinia nubilalis (On) cuya resistencia era a causa de una mutación en la aminopeptidasa P.

bt-resistencia

En cambio, las especies Diatraea saccharalis (Ds) y Helicoverpa armigera (Ha), cuyas resistencias están asociadas a mutaciones en las cadherinas, no mostraron un efecto tan avasallador como en P. xylostella y O. nubilalis. Por otro lado, cuando se comparó el efecto de las toxinas normales (nativas) con las modificadas en insectos susceptibles, las normales fueron mucho más eficientes.

Estos resultados refutan la hipótesis de que las toxinas Bt modificadas son más efectivas que las toxinas Bt nativas si son administradas en insectos con mutaciones asociadas a la cadherina. Sin embargo, estas toxinas modificadas ofrecen una vía alternativa de toxicidad mucho más potente cuando se pretenda combatir plagas resistentes. Aún así, los investigadores no saben si esto ocurrirá en los campos de cultivo ya que todos los experimentos fueron hechos en laboratorios e invernaderos.

También faltaría investigar cómo interactuarán los dos tipos de toxinas, las nativas y las modificadas, si se usan simultáneamente en una misma planta, ¿lo harán de forma independiente, antagónica y sinérgica?. Sin embargo, es importante combinar distintos tipos de toxinas para reducir la presión selectiva sobre los insectos, para así reducir las probabilidades que aparezcan poblaciones resistentes.


Referencia:

ResearchBlogging.orgBruce E Tabashnik, Fangneng Huang, Mukti N Ghimire, B Rogers Leonard, Blair D Siegfried, Murugesan Rangasamy, Yajun Yang, Yidong Wu, Linda J Gahan, David G Heckel, Alejandra Bravo, & Mario Soberón (2011). Efficacy of genetically modified Bt toxins against insects with different genetic mechanisms of resistance Nature Biotechnology doi:10.1038/nbt.1988

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