UNA BACTERIA PROTECTORA DE LOS GERANIOS

 

Pelargonium grandiflorum 'Bella Donna'

Bacillus thuringiensis es una bacteria entomopatógena capaz de producir una amplia variedad de proteínas insecticidas letales para distintos órdenes de insectos. Por su eficacia, bajo impacto ambiental negativo y alta especificidad, los insecticidas biológicos más vendidos son aquellos basados en proteínas de Bacillus thuringiensis, que actúan exclusivamente previa ingestión del insecto y no por contacto en superficie.

Mi hermana María Luisa, que cultiva unos geranios preciosos, me pregunta por el mejor tratamiento contra el taladro del geranio, la oruga de una polilla de color pardo que utiliza los geranios (en su mayoría son diferentes especies del género surafricano Pelargonium, que cuenta con unas doscientas) como instrumento para su ciclo reproductivo.

La mariposa surafricana del geranio (Cacyreus marshalli) empezó a aparecer en la década de los ochenta; desde entonces, sus efectos han empeorado muchísimo debido al aumento de las temperaturas y a que es una especie introducida que no tiene depredadores naturales.

Aspectos de Cacyreus marshalli. 1, mariposa adulta. 2, una mariposa sobrevuela una planta a la búsqueda de una flor donde depositar sus huevos. 3, una oruga colocada sobre una hoja de plergonio, 4, un tallo minado por dentro muestra el orificio por donde salió la oruga. 5, tallo rasgado para dejar ver una oruga en su interior.

Ciclo biológico de Cacyreus marshalli

Entre mayo y octubre las mariposas (de pequeño tamaño y alas color castaño o café) depositan sus huevos en los geranios, principalmente sobre las flores. Los huevos eclosionan y las diminutas larvas se introducen por la corola y penetran por el pedúnculo o tallo de la flor, de cuya savia se alimentan. Luego taladran el tallo y salen para pasar a otro; los orificios son el primer signo de su presencia (como ocurre con la carcoma en la madera). Los daños en las plantas sólo son evidentes días después de haberse iniciado el ataque, cuando los tallos afectados se ennegrecen y truncan.

La oruga, de color verde, crece hasta alcanzar aproximadamente 13 milímetros de longitud y en sus últimos días adopta un color más oscuro. Normalmente pasa desapercibida, ya que se desplaza por el reverso de las hojas; se alimenta de ellas y de los brotes más tiernos, pero prefiere el interior de los tallos. Con el tiempo, las hojas mordidas muestran galerías que se han vuelto traslúcidas. La oruga se transforma en crisálida y mariposa, y el ciclo se repite varias veces en el mismo año.

Ciclo de vida común en la mayoría de los lepidópteros. En el caso de la polilla del geranio, la fase de oruga se desarrolla en el interior de la planta.

Para que afecte a la planta, la polilla debe poner huevos. Sin la mariposa, la plaga no existe porque no es una enfermedad que se pueda extender como otras muchas infecciones. Las orugas no suelen saltar de un geranio a otro y tampoco suelen salir a no ser que ya hayan minado por dentro completamente el tallo y se hayan quedado sin comida.

Para acabar con la plaga matando a la mariposa basta con un insecticida normal. No deja de ser un insecto que puede ser envenenado con cualquier pesticida químico. El problema es doble: no siempre estaremos ahí para evitar que la mariposa deposite sus huevos y, si fumigamos con insecticidas sistémicos (que atacan a todo tipo de artrópodos), estaremos atacando a multitud de animalitos que, como las abejas, son beneficiosos para la buena salud de los ecosistemas.

El uso de pesticidas químicos revolucionó la agricultura con la introducción en la década de 1940 del DDT (diclorodifeniltricloroetano), el primer insecticida químico moderno. Sin embargo, la efectividad del DDT y otros pesticidas sintéticos, junto con su bajo coste y facilidad de uso, han generado efectos secundarios indeseables (en su mayoría motivados por el abuso), como la contaminación del agua y las fuentes de alimento, el daño a organismos no objetivo (por ejemplo, depredadores naturales, polinizadores, etc.) y la generación de resistencia de los insectos objetivo.

La alternativa proviene de los agentes de control biológico, los cuales, impulsados principalmente por la necesidad de avanzar hacia una agricultura más sostenible, han adquirido en las últimas décadas un protagonismo cada vez mayor en el mercado. Entre estos agentes de control biológico, la bacteria Bacillus thuringiensis y sus toxinas insecticidas han sido los agentes de control biológico más estudiados y utilizados comercialmente en los últimos 40 años, hasta el punto de que sus propiedades insecticidas han hecho de esta bacteria el bioinsecticida con más éxito en el campo.

B. thuringiensis tiene la habilidad de producir una amplia variedad de proteínas insecticidas activas para distintos órdenes de insectos, pero con una gran especificidad de acción, ya que afectan solamente a un número reducido de organismos. La mezcla de esporas y cristales de diferentes compuestos aislados de la bacteria (las llamadas toxinas Bt) se ha comercializado en diferentes productos para el control de larvas de lepidópteros, escarabajos y mosquitos.

Proteínas insecticidas

Durante su fase de producción de esporas (esporulación), la bacteria elabora una o varias formas cristalinas que contienen, entre otras, las proteínas CRY y CYT (del inglés crystal y cytolytic), molecularmente diferentes de las proteínas VIP (del inglés vegetative insecticidal proteins) elaboradas por la bacteria durante su fase vegetativa (cuando no produce esporas).

Por su alta especificidad de acción, desde el punto de vista del control de plagas, las principales toxinas insecticidas utilizadas spara el control de plagas son las proteínas formadoras de poro CRY y VIP. Las proteínas citolíticas CYT ha sido poco estudiadas, aunque se utilizan en el control de dípteros.

Modo de acción de las proteínas de B. thuringiensis

El primer paso es la ingestión por parte de las especies susceptibles a su acción, porque, a diferencia de otros insecticidas, tanto B. thuringiensis como sus proteínas actúan exclusivamente previa ingestión por los insectos y nunca por contacto en las superficies corporales de estos. El modo de acción se ejecuta en varios pasos: solubilización, activación, penetración enzimática de la membrana intestinal y perforación infecciosa de las células endoteliales del intestino.

Solubilización

Mientras que las proteínas VIP no precisan este paso, porque las bacterias las secretan solubilizadas al exterior, en el caso de las proteínas CRY el segundo paso tras la ingestión es la solubilización de los cristales. Este proceso se realiza mediante la rotura de la estructura cristalina y la liberación de las protoxinas (antecedentes químicos de las toxinas) presentes en el cristal. Para que se produzca la solubilización y se liberen las protoxinas son necesarios factores apropiados en el intestino medio de los insectos, por ejemplo, el pH.

Activación

Tanto las protoxinas CRY solubilizadas como las protoxinas VIP son procesadas por enzimas proteasas endógenas presentes en los fluidos intestinales de los insectos, que son las encargadas de producir la toxina activa. Este proceso lo llevan a cabo principalmente las enzimas más abundantes en los fluidos intestinales de los insectos: tripsinas y quimotripsinas.

Penetración enzimática de la membrana intestinal

Una vez activadas, las toxinas deben atravesar la membrana del intestino medio (membrana peritrófica), una matriz de quitina cuya función principal es constituirse en una barrera física que, además de impedir que el alimento pueda tener un efecto abrasivo sobre el intestino, protege contra infecciones de tipo bacteriano, vírico o parasítico. La membrana peritrófica es atacada por la acción de las enzimas quitinasas endógenas o exógenas de B. thuringiensis capaces de degradar la quitina.

Perforación de las células del intestino medio

Tras superar la barrera de la membrana peritrófica, las proteínas CRY o VIP interactúan con la membrana de células del intestino medio, que son las células diana de las toxinas. El modelo más consolidado para explicar la actividad tóxica de las proteínas del bacilo descansa principalmente en su habilidad para formar poros en la membrana de las células diana del intestino. El poro provoca una pérdida en la integridad de la membrana que genera un desequilibrio osmótico que desemboca en la rotura celular.

La figura ilustra el mecanismo de acción de las toxinas de Bacillus thuringiensis (Bt) contra plagas de insectos. 1: la oruga ingiere las esporas Bt y las protoxinas (representadas por las estructuras cristalinas azules) presentes en la hoja de la planta. 2 y 3: en el ambiente alcalino del intestino medio del insecto, las protoxinas son solubilizadas y activadas por las proteasas, transformándolas en toxinas activas (representadas por las formas azules alteradas). 4 y 5: las toxinas activadas se unen a receptores específicos en las células epiteliales del intestino medio de la oruga. 6: esta unión lleva a la formación de poros en la membrana celular, alterando la integridad y la función de la célula. 7: la alteración de las células del intestino medio provoca la parálisis del intestino, lo que provoca septicemia y, en última instancia, la muerte de la oruga. 8: La oruga muerta libera más esporas Bt, que luego pueden infectar a otros insectos, continuando el ciclo. Abreviaturas: cei, célula del epitelio intestinal; mpt, membrana peritrófica. Modificada a partir del original.

Tras la lisis de las células intestinales se produce una septicemia causada básicamente por el paso a la hemolinfa no sólo de las propias esporas o formas vegetativas de la propia bacteria, sino también de todas aquellas bacterias oportunistas y de otros patógenos presentes en el bolo alimentario que acaban por provocar la muerte del insecto. Después de producirse la muerte, B. thuringiensis puede aprovechar el nuevo nicho para continuar creciendo y esporular, favoreciendo su posterior dispersión en el medio.

Desde 1920 se han utilizado las esporas y los cristales de proteína insecticidas producidos por B. thuringiensis como biopesticida en el control de plagas. Actualmente se utilizan como insecticidas específicos bajos nombres comerciales como Bioster, Dipel y Thuricide. Estos plaguicidas son considerados respetuosos con el medio ambiente por su especificidad, ya que su efecto sobre los humanos, sobre la vida silvestre, sobre los polinizadores y sobre muchos otros insectos beneficiosos es mínimo o casi nulo.