Investigadores de México crean un bioinsecticida basado en proteínas cry modificadas

UNAM/DICYT Desde hace algunos años, a nivel global se utiliza un bioinsecticida elaborado con las proteínas tóxicas Cry, producidas por miembros de la familia de bacterias Bacillus thuringiensis y amigables con el ambiente. Estas proteínas son muy específicas para ciertos insectos como los mosquitos Aedes aegypti y Anopheles spp, causantes del dengue y paludismo, respectivamente, pero inocuas para otros y para los vertebrados. A partir de sus estudios para desarrollar un larvicida contra Aedes aegypti y Anopheles spp, un grupo de investigadores del Instituto de Biotecnología (IBt) de la UNAM, campus Morelos, dirigido por Alejandra Bravo y Mario Soberón, ha creado un bioinsecticida contra escarabajos y algunas orugas de lepidópteros (mariposas y polillas) que atacan cultivos de maíz, jitomate, algodón, y hortalizas.

Los universitarios han analizado por qué ciertos insectos se vuelven resistentes a las proteínas tóxicas Cry, y encontraron que uno de los receptores al que se anclan esas proteínas para perforar la membrana del intestino de los insectos experimenta una mutación y deja de funcionar como receptor de aquéllas, explicó Bravo. Para que tengan efecto, las proteínas Cry necesitan ser procesadas en intestinos susceptibles, como los de los lepidópteros.

Una vez dentro del huésped, estas proteínas liberan un fragmento tóxico que interacciona con una proteína receptora presente en la microvellosidad de las células intestinales; después, las proteínas Cry se insertan en la membrana para formar un poro o agujero, por donde entra un flujo de iones y agua; de esa manera, el intestino revienta.

En los lepidópteros, las receptoras se ubican en la membrana intestinal, una pertenece a la familia de las caderinas, otra es la aminopeptidasa N (APN). Los insectos resistentes presentan mutaciones en el receptor caderina y, por lo tanto, éste no puede unirse a las toxinas Cry, señaló.

Normalmente, cuando las toxinas Cry interaccionan con el receptor caderina, sufren un corte y pierden una parte pequeña en forma de hélice, llamada alfa-1; con ello, se facilita la formación de una estructura de cuatro toxinas Cry denominada oligómero, responsable de la inserción de las proteínas Cry en la membrana del intestino.

Sin embargo, para que el oligómero se inserte en esta membrana, es necesario que interactúe con el segundo receptor, que es la APN. “Éste es el mecanismo de acción que descubrimos en nuestra investigación básica, realizada por años”, afirmó la investigadora.

Trabajo publicado en 'Science'

En un artículo publicado en la revista Science en 2007, los universitarios expusieron su trabajo: Eliminaron la región de las toxinas que forma la hélice alfa-1. Estas toxinas Cry modificadas carecen de la hélice, por lo que son capaces de formar el oligómero en ausencia del receptor caderina y matar insectos resistentes que tienen mutaciones en este receptor.

El oligómero se formó y se enlazó con el otro receptor (APN) de los insectos que se habían vuelto resistentes a las toxinas Cry, lo que permitió al oligómero entrar en su membrana intestinal y matarlos. “Nos saltamos un paso necesario para que las proteínas Cry de B. thuringiensis sean más tóxicas. Posteriormente enviamos nuestras toxinas Cry modificadas a laboratorios de Europa, Estados Unidos y China, donde diferentes investigadores tienen colecciones de insectos resistentes; ellos las probaron y todos los organismos resistentes murieron, apuntó Bravo.

El acto de resistencia más común consiste en que un insecto pierda la proteína de la familia de las caderinas, que actúa como receptor de las Cry, porque no es una proteína fundamental. “Si un lepidóptero pierde esta proteína, puede seguir viviendo normalmente, tener descendencia y crecer; eso es lo que ha pasado en la naturaleza: los insectos pierden el receptor y se vuelven resistentes a las proteínas Cry.

“Pero ahora sabemos que si los insectos evolucionan y cambian ese receptor, no importa, porque las proteínas Cry modificadas no necesitan el receptor caderina para actuar. Con que los insectos tengan el segundo receptor APN es suficiente para que mueran”, explicó.

Dos productos

Con asesoría de la UNAM, los universitarios podrían hacer transferencias tecnológicas a varias compañías interesadas en sus productos. “Tenemos dos: una formulación contra larvas de mosquitos y otra contra insectos resistentes a las proteínas tóxicas de B. thuringiensis”, acotó. El futuro de los insectos es volverse resistentes al bioinsecticida elaborado con las proteínas Cry. Ya se han detectado algunos casos, son focos pequeños, pero dentro de unos 10 años la resistencia de aquéllos podría convertirse en un problema mundial y salirse de control.

“Si eso sucede, los productos basados en proteínas Cry modificadas serán una alternativa real efectiva. Nos adelantamos un paso a la evolución... Lo que hicimos fue algo simple, que surgió luego de estudiar y entender cómo funcionan las toxinas Cry”, finalizó. A la fecha, se siguen usando insecticidas químicos para controlar insectos que transmiten enfermedades y se han convertido en plagas de cultivos agrícolas; inicialmente funcionan, pero dejan de ser efectivos porque los insectos desarrollan resistencia.

Además, son fuente de contaminación para tierras de cultivo y aguas subterráneas, y de toxicidad para agricultores e insectos a los que no estaban dirigidos. Su uso en la agricultura hace que los costos de producción aumenten y las exportaciones corran mayor riesgo de disminuir por no cumplir con la norma sanitaria. Por ello, los insecticidas químicos se han vuelto ecológicamente inaceptables.

Plantas transgénicas Bt

Se han creado plantas transgénicas que luego de haber recibido un gen de una proteína tóxica Cry, la producen por sí mismas para combatir determinados insectos. El objetivo es que, una vez transformadas con el gen de la proteína Cry, expresen suficiente cantidad para aniquilar a las plagas susceptibles. Cuando un insecto se alimenta de ellas, la proteína tóxica Cry actúa en su estómago y provoca la muerte. No obstante, existe un alto riesgo de que poblaciones de insectos resistentes se desarrollen rápido. En 1987, aparecieron los primeros reportes sobre plantas transgénicas de tabaco y jitomate que producían tanta proteína tóxica Cry como para conferirles niveles altos de resistencia a las plagas.