Bacillus thuringiensis, Descubrimiento y mecanismo de acción insecticida, El uso de esporas y proteínas en el control de plagas, El uso de genes de Bt en la ingeniería genética de las plantas para el control de plagas, Los beta-exotoxinas

Bacillus thuringiensis es una bacteria que vive en el suelo Gram-positiva, comúnmente usado como un pesticida biológico, como alternativa, la toxina Cry puede ser extraída y utilizada como un pesticida. B. thuringiensis también se produce de forma natural en el intestino de las larvas de diversos tipos de polillas y mariposas, así como en superficies de las hojas, los ambientes acuáticos, las heces de animales, ambientes ricos en insectos, molinos harineros y las instalaciones de almacenamiento de granos.

Durante la esporulación, muchas cepas de Bt producen las proteínas de cristal, llamado D-endotoxinas, que tienen acción insecticida. Esto ha llevado a su uso como insecticidas, y más recientemente a los cultivos modificados genéticamente con genes de Bt. Muchas cepas de Bt cristal que producen, sin embargo, no tienen propiedades insecticidas.

Descubrimiento y mecanismo de acción insecticida

B. thuringiensis fue descubierto en 1901 por el biólogo japonés Ishiwata Shigetane. En 1911, B. thuringiensis fue redescubierta en Alemania por Ernst Berliner, quien aisló como la causa de una enfermedad llamada Schlaffsucht de orugas de la polilla de harina. En 1976, Robert A. Zakharyan informó de la presencia de un plásmido en una cepa de B. thuringiensis y sugirió la implicación del plásmido en endospora y la formación de cristales. B. thuringiensis es estrechamente relacionada con B. cereus, una bacteria del suelo, y B. anthracis, la causa del ántrax: los tres organismos difieren principalmente en sus plásmidos. Al igual que otros miembros del género, los tres son aerobios capaces de producir endosporas. Al esporulación, B. thuringiensis forma cristales de d-endotoxinas insecticidas proteicos, que son codificadas por genes cry. En la mayoría de las cepas de B. thuringiensis, los genes cry se encuentran en un plásmido.

Toxinas Cry tienen actividades específicas contra las especies de insectos del orden Lepidoptera, Diptera, Coleoptera, Hymenoptera y nematodos. Por lo tanto, B. thuringiensis sirve como un reservorio importante de toxinas Cry para la producción de insecticidas biológicos y cultivos genéticamente modificados resistentes a insectos. Cuando los insectos ingieren cristales de toxina, el pH alcalino de su tracto digestivo desnaturaliza los cristales insolubles, haciéndolos solubles y por lo tanto susceptible de ser cortado con proteasas que se encuentran en el intestino del insecto, que liberan la toxina Cry desde el cristal. La toxina Cry se inserta entonces en la membrana celular de intestino de insecto, la formación de un poro. Los resultados de poro en la lisis celular y la eventual muerte del insecto. La investigación publicada en 2006 ha sugerido se requieren las bacterias del intestino medio de larvas susceptibles de B. thuringiensis actividad insecticida.

En 2000, un grupo funcional novela de proteínas Cry, designado parasporin, fue descubierto por la no insecticidas aislados de B. thuringiensis. Las proteínas del grupo parasporin se definen como Bacillus thuringiensis y proteínas parasporales bacterianas relacionadas que son no hemolítica, pero preferentemente capaz de matar las células cancerosas. A partir de enero de 2013, parasporins comprenden seis subfamilias.

El uso de esporas y proteínas en el control de plagas

Las esporas y las proteínas cristalinas insecticidas producidas por B. thuringiensis se han utilizado para controlar las plagas de insectos desde la década de 1920 y, a menudo se aplican en forma de pulverizaciones líquidas. Ahora se utilizan como insecticidas específicos bajo nombres comerciales tales como Dipel y Thuricide. Debido a su especificidad, estos pesticidas se consideran respetuosos del medio ambiente, con poco o ningún efecto sobre los seres humanos, la vida silvestre, polinizadores, y la mayoría de los insectos beneficiosos y se utilizan en la agricultura orgánica.

Bacillus thuringiensis serovar israelensis, una cepa de B. thuringiensis se utiliza ampliamente como un larvicida contra las larvas de mosquitos, en el que también se considera un método ecológico de control de mosquitos.

Las formulaciones de Bt que están aprobados para la agricultura ecológica en los EE.UU. se encuentran en la página web de la Organic Materials Review Institute y varios sitios web de extensión universitaria ofrecen consejos sobre el uso de Bt esporas o preparaciones de proteínas en la agricultura ecológica.

El uso de genes de Bt en la ingeniería genética de las plantas para el control de plagas

La empresa belga Plant Genetic Systems fue la primera empresa en desarrollar plantas genéticamente con tolerancia a insectos mediante la expresión de genes cry de B. thuringiensis.

Uso

En 1995, las plantas de papa que producen la toxina Bt se aprobaron seguro por la Agencia de Protección Ambiental, por lo que es el primer cultivo de plaguicidas de producción para ser aprobado en los EE.UU.. Para los cultivos actuales y su superficie cultivada, consulte los cultivos modificados genéticamente.

Resistencia a los insectos

En noviembre de 2009, los científicos de Monsanto encontraron el gusano rosado se había convertido en resistentes a la primera generación de algodón Bt en algunas partes de Gujarat, India - que la generación expresa un gen Bt, Cry1Ac. Esta fue la primera instancia de la resistencia al Bt confirmado por Monsanto en cualquier lugar en el mundo. Monsanto respondió de inmediato mediante la introducción de una segunda generación de algodón con múltiples proteínas Bt, que fue adoptado rápidamente. Resistencia Gusano de algodón Bt primera generación también fue identificado en Australia, China, España y Estados Unidos.

Plagas secundarias

Varios estudios han documentado los aumentos repentinos de las "plagas chupadores" dentro de unos pocos años de la adopción del algodón Bt. En China, el principal problema ha sido con míridos, que en algunos casos han "erosionado por completo todos los beneficios del cultivo de algodón Bt". Un estudio de 2009 en China llegó a la conclusión de que el aumento de parásitos chupadores dependía de la temperatura local y las condiciones de lluvia y el aumento medio en los pueblos estudiados. El aumento en el uso de insecticidas para el control de estos insectos secundaria era mucho más pequeña que la reducción en el uso total de insecticidas, debido a la adopción del algodón Bt. Otro estudio publicado en 2011 se basó en una encuesta a 1.000 familias de agricultores seleccionados al azar en cinco provincias de China y se encontró que la reducción del uso de pesticidas en cultivos de algodón Bt es significativamente inferior a la reportada en la investigación en otros lugares, en consonancia con la hipótesis sugerida por la reciente estudios que se necesitan más fumigaciones de pesticidas en el tiempo para el control de plagas secundarias emergentes, como los áfidos, ácaros y chinches lygus.

Problemas similares se han reportado en la India, con los dos cochinillas y pulgones, aunque una encuesta de pequeñas granjas indias entre 2002 y 2008 llegó a la conclusión de que la adopción del algodón Bt ha llevado a un mayor rendimiento y un menor uso de pesticidas, la disminución en el tiempo.

Posibles problemas

 Más información: Transgénicos controversias toxicidad lepidópteros

El problema más conocido asociado a los cultivos Bt es la afirmación de que el polen del maíz Bt podría matar a la mariposa monarca. Este informe fue sorprendente, ya que el polen de la mayoría de los híbridos de maíz contiene niveles mucho más bajos de Bt que en el resto de la planta y llevó a varios estudios de seguimiento.

El estudio inicial fue aparentemente errónea por el procedimiento de recolección de polen defectuoso, investigadores alimentaron a polen tóxico mezclado con paredes anteras que contienen la toxina Bt. El peso de la evidencia es que los cultivos Bt no suponen un riesgo para la mariposa monarca. Las mariposas monarca no tienen relación innata de los cultivos de maíz en la naturaleza, y no se cree que consumir polen de maíz en cualquier etapa de la vida.

 Maíz salvaje mezcla genética

Un estudio publicado en Nature en 2001 informó que Bt que contienen genes de maíz se encuentran en el maíz en su centro de origen, Oaxaca, México. En 2002 la naturaleza "concluyó que la evidencia disponible no es suficiente para justificar la publicación del artículo original." Una importante controversia ocurrió sobre el papel y el aviso de la naturaleza sin precedentes.

Un posterior estudio a gran escala, en 2005, fracasó en encontrar cualquier evidencia de mezcla genética en Oaxaca. Un estudio de 2007 encontró que "las proteínas transgénicas expresadas en el maíz se encuentran en dos de las 208 muestras procedentes de los campos de los agricultores, que se encuentra en dos de las 25 comunidades de la muestra. México importa una cantidad considerable de maíz de los EE.UU., y debido a las redes de semillas formales e informales entre los productores rurales, hay muchas rutas potenciales de entrada de maíz transgénico en las redes alimentarias y de piensos ". Un estudio publicado en 2008 mostró alguna introducción a pequeña escala de secuencias transgénicas en los campos muestreados en México, sino que no encuentra evidencia a favor o en contra de este material genético introducido está heredado por la siguiente generación de plantas. Ese estudio fue criticada inmediatamente, con el revisor escrito que "genéticamente cualquier planta dada debe ser no transgénico o transgénico, por lo tanto, para el tejido de la hoja de una sola planta transgénica, un nivel de OMG se espera que cerca de 100%. En su estudio, el autores eligieron para clasificar muestras de hojas como transgénico a pesar de los niveles de OMG de ~ 0,1%. Nos sostienen que los resultados como éstos son interpretados incorrectamente como positiva y son más propensos a ser indicativo de la contaminación en el laboratorio ".

 Enlace refutado al desorden del colapso de colonias

A partir de 2007, un nuevo fenómeno conocido como desorden de colapso de colonia comenzó a afectar las colmenas de abejas en toda América del Norte. La especulación inicial sobre las posibles causas varió de nuevos parásitos al uso de pesticidas para el uso de cultivos transgénicos Bt. El Mid-Atlantic Research Apicultura y el Consorcio de Extensión publicó un informe en marzo de 2007 que no encontró evidencia de que el polen de los cultivos Bt está afectando negativamente a las abejas. La causa real del CCD era desconocida en 2007, y los científicos creen que puede tener múltiples causas agravantes. Una teoría principal como de 01 2013 fue que los neonicotinoides pueden ser la causa.

Los beta-exotoxinas

Algunos aislados de B. thuringiensis producen una clase de pequeñas moléculas insecticidas llamada beta-exotoxina, el nombre común para el cual es thuringiensin. Un documento de consenso elaborado por la OCDE dice: "Beta-exotoxina y las otras toxinas de Bacillus pueden contribuir a la toxicidad insecticida de la bacteria a lepidópteros, dípteros, y los insectos coleópteros beta-exotoxina se sabe que es tóxico para los humanos, y casi todas las demás. formas de vida y su presencia está prohibida en B. thuringiensis productos microbianos. Ingeniería de plantas para contener y expresar sólo los genes de d-endotoxinas evita el problema de la evaluación de los riesgos que plantean estas otras toxinas que pueden ser producidos en preparaciones microbianas ".