Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Proteínas biopesticidas

Anualmente, las plagas destruyen más del 35% de las cosechas en todo el mundo. Pesticidas o plaguicida son los términos que se aplican a los agentes usados en el control de plagas. Cada año se usan en el mundo pesticidas por un valor de más de tres billones de pesetas. De ellos, el mercado de los insecticidas supone un 28% del importe total.

En la década de los 40 tuvo su inicio la utilización intensiva de los insecticidas químicos como el malatión, el paratión metílico, el endosulfan, la anizalina y otros. Sin embargo, su uso desmedido y, muchas veces, incontrolado, produjo consecuencias graves: daños a la salud humana, alteración de la flora y fauna de los ecosistemas, modificando sus ciclos biológicos, y la aparición de nuevas plagas o de plagas más resistentes.

Como los insecticidas son los pesticidas que menos ganancias industriales reportan y ante la alarma pública existente ante ellos, los fabricantes invierten poco en su desarrollo. Pero la necesidad de contar con pesticidas más seguros y menos contaminantes ha llevado a un nuevo enfoque del problema: la lucha biológica. En los últimos años se ha intensificado la utilización de microorganismos entopatógenos como virus, bacterias, hongos o protozoos a fin de intentar conseguir el control biológico de las plagas. Hoy, como ejemplo, nos vamos a referir a las que se pueden considerar como bioinsecticidas con mayor éxito a escala mundial: las proteínas originadas por las bacterias Bacillus thuringiensis.

LA BACTERIA. Dentro de los microorganismos bacterianos que poseen capacidad de producir proteínas bioinsecticidas se encuadran el Bacillus sphaericus y el Bacillus thuringiensis, éste último de forma destacada. El Bacillus thuringiensises es totalmente inocuo para el hombre, los animales domésticos y los insectos benéficos, por razones que analizaremos posteriormente. Sin embargo, sus proteínas pueden ser extremadamente mortales para ciertos insectos indeseables. Por ello, desde el principio de los 50, ha sido uno de los primeros biopesticidas utilizados. La producción industrial de estas bacterias se realiza en medios líquidos de cultivo y la presentación comercial se hace en forma de productos líquidos o sólidos que constan de una mezcla de esporas de la bacteria y de sus proteínas, en forma cristalina, todo ello acompañado de diversos ingredientes como fotoprotectores, geles y espumas.

El número de cepas diferentes de la bacteria es muy amplio y cada cepa puede ser activa específicamente contra un estrecho grupo de insectos, sin causar efecto al resto de insectos o a otros organismos diferentes. A veces, esta especificidad esta ligada, a la forma cristalina de sus proteínas. Por ejemplo, los cristales de forma bipiramidal (patotipo I o A) suelen mostrar toxicidad hacia lepidópteros, los amorfos (patotipo II o B) hacia mosquitos, mientras que los cuadrados aplanados (patotipo III o C) la presentan hacia coleópteros.

ACCIÓN. ¿Cómo se ejerce la acción insecticida?. En principio nos limitaremos solo a una de las clases de proteínas producidas por la bacteria, las proteínas denominadas Cry, de las que existen variantes diferentes, presentes en las diferentes subespecies de la bacteria. Cada proteína Cry se puede considerar como una protoxina, en la que en la molécula global se distinguen dos mitades o zonas. Una de ellas, muy parecida en todas las proteínas Cry, es la responsable de que estas proteínas se agrupen en forma polimérica y también de que tiendan a cristalizar. En la otra mitad de la molécula de la proteína radica su carácter de toxicidad y varía de unas moléculas a otras.

Cuando una plantación o terreno es tratado con un producto comercial derivado del Bacillus thuringiensis, los insectos perjudiciales que atacan a la planta ingieren directamente los cristales de las proteínas Cry o las esporas de la bacteria. Como consecuencia del proceso digestivo posterior se liberan las formas individuales de las proteínas Cry, en forma de protoxinas. Entonces, las enzimas proteolíticas intestinales del insecto hidrolizan a estas protoxinas y separan a una porción de las mismas, en forma de las delta-toxinas activas correspondientes. Estas endotoxinas son reconocidas por moléculas receptoras proteínicas específicas (cadherinas), presentes en las membranas de las células de la mucosa del intestino medio del insecto, lo que se desencadena un proceso de lisis o producción de poros en esas membranas, que impide la alimentación del insecto y provoca su muerte posterior.

La inocuidad hacia el hombre, los animales domésticos e insectos benéficos parece deberse a que en estos casos carecemos de las enzimas proteolíticas intestinales específicas capaces de hidrolizar a las protoxinas, así como también a que nos faltan los receptores o cadherinas, precisos para fijar las endotoxinas al intestino.

POSIBILIDADES. No se agotan aquí las posibilidades insecticidas de esta bacteria. También sintetiza otras proteínas interesantes diferentes a las Cry. Por ejemplo, se han encontrado unas proteínas citolíticas Cy, es decir, rompedoras de células, que son tóxicas hacia los mosquitos y otros organismos. Y otras denominadas proteínas Vip o proteínas insecticidas vegetativas, que se secretan durante el estado vegetativo y que han mostrado poseer efectos tóxicos hacia diversos lepidópteros.

Por otra parte, el rápido desarrollo de la Biología Molecular ha hecho posible un mejor conocimiento del genoma, de los genes responsables del efecto insecticida, lo que abre un campo inmenso a las posibles consecuencias biotecnológicas derivadas de esos conocimientos. Como simple expresión del nivel ya conseguido al respecto, nos limitaremos a citar algún dato concreto respecto a las plagas de lepidópteros. Por ejemplo la Plutella xylostella es el nombre científico correspondiente al común de palomilla dorso de diamante, que ataca a los cultivos de bróculi, coliflor o coles de Bruselas. En este caso entre los genes o proteínas implicados están los Cry 1 Aa, Cry 1 Ab, Cry 1 Ac, Cry 1C y Cry 1F. Para la Spodoptera exigua o gusano soldado, atacante de alfalfa, algodón, sandía o soja, el gen y proteína implicados es solo el Cry 1C. Y así se podría continuar con un gran número de diferentes insectos, cuyo conocimiento permitirá el adecuado abordaje y soluciones biotecnológicas a los problemas planteados.

No todo puede ser de color de rosa. También, en este caso, ha comenzado a darse el fenómeno de resistencia, con la aparición de nuevas formas este hecho mediante el conocimiento de los genes responsables del fenómeno, y favoreciendo las mutaciones de tales genes el proceso quedaría debilitado. Pero la mayor esperanza es que el conocimiento detallado molecular de los cristales de las toxinas y de sus receptores proteínicos permitirá a los investigadores, para beneficio de la Humanidad, producir cepas de Bacillus thuringensis cada vez más eficaces en su acción bioinsecticida.