Bacillus thuringiensis (Bt) 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 (Bt), que actúan exclusivamente previa ingestión del insecto y no por contacto en superficie.

Los efectos tóxicos y daños medioambientales derivados del uso excesivo de insecticidas químicos han potenciado el desarrollo y aplicación de insecticidas biológicos, entre los que destacan aquellos basados en las propiedades insecticidas de la bacteria Bacillus thuringiensis (Bt), actualmente considerado como el bioinsecticida con más exito a nivel de implementación en campo.

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

Proteínas insecticidas

Conocer el modo de acción de BT es importante para entender las posibilidades de desarrollo de resistencia en los insectos, asi como para mejorar los productos insecticidas existentes. Un estudio realizado en la Universitat de València y publicado en el último boletín de la Sociedad Española de Entomología Aplicada (SEEA) revisa los mecanismos de acción de las proteínas insecticidas más relevantes presentes en los insecticidas Bt.

Bacillus thuringiensis produce durante su fase de esporulación una o varias formas cristalinas, que contienen las proteínas “Cry” y “Cyt” (del inglés crystal y cytolytic). Mientras que en su fase vegetativa la bacteria produce las proteínas llamadas Vip (del inglés vegetative insecticidal proteins). Desde el punto de vista del control de plagas, las principales toxinas insecticidas utilizadas son las proteínas formadoras de poro Cry y Vip por su alta especificidad de acción. Las proteínas citolíticas Cyt ha sido poco estudiadas, aunque se utilizan en el control de dípteros.

Modo de acción de las proteínas Bt

Ingestión
El primer paso supone la ingestión por parte de las especies susceptibles a su acción. A diferencia de otros insecticidas, tanto Bt como sus proteínas actúan exclusivamente previa ingestión del insecto y nunca por contacto en superficie.

Solubilización
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 presentes en el cristal. La solubilización se considera un factor importante en la especificidad de las proteínas Cry, ya que para que se produzca este proceso y se liberen las protoxinas son necesarios factores apropiados para ello en el intestino medio de los insectos, por ejemplo el pH.

Por el contrario, las proteínas Vip no precisan de este paso de solubilización, ya que son secretadas al exterior de la bacteria en forma soluble.

Activación
Tanto las protoxinas Cry solubilizadas, como las protoxinas Vip, son procesadas por enzimas proteasas endógenas presentes en los fluidos intestinales, produciendo una toxina activa. Este proceso es producido principalmente por tripsinas y quimotripsinas, las enzimas más abundantes en los fluidos intestinales de los insectos. 

La capacidad de procesamiento de las protoxinas de Bt por parte del insecto se ha definido también como un factor importante en la especificidad de estas proteínas. Diferentes estudios han demostrado que la falta de toxicidad o diferencias en susceptibilidad en especies cercanas se debía a falta de capacidad de activación de las toxinas.

Atravesar la membrana del intestino

Una vez activadas, las toxinas deben atravesar la membrana del intestino medio, una matriz muy rica en quitina cuya función principal es la separación entre el alimento y las células epiteliales. Esta barrera física impide que el alimento pueda tener un efecto abrasivo sobre el intestino y también protege contra infecciones de tipo bacteriano, vírico o parasítico. 

En consecuencia, la membrana peritrófica del intestino puede también reducir la cantidad de toxinas que lleguen a interactuar con las células intestinales y tener un efecto sobre la susceptibilidad final del insecto a la toxinas. Aunque, el papel protector que ejerce la membrana peritrófica también puede verse comprometido por la acción de las enzimas quitinasas endógenas o exógenas de Bt, capaces de degradar la quitina.

Interacción con el intestino medio

Tras superar la barrera de la membrana peritrófica, las proteínas Cry o Vip interactúan con la membrana de células del intestino medio, consideradas como las células diana de las toxinas.

Uno de los retos principales en la investigación de Bt durante las últimas décadas ha sido identificar cuáles son las moléculas que se unen de forma específica con las toxinas Cry o Vip, así como deducir la relevancia de la función de esta interacción, tanto en el modo de acción de las toxinas como en los mecanismos de resistencia por parte del insecto.

Actualmente existen evidencias experimentales que confirman que, al menos, tres proteínas de membrana pueden funcionar como receptores putativos para las proteínas Cry en insectos: las aminopeptidasas N (APN), las cadherinas y los transportadores ABC.

Sin embargo, las toxinas Vip no comparten los sitios de unión con las toxinas Cry y existen pocos datos concluyentes sobre los posibles receptores específicos para estas toxinas.

Muerte del insecto y dispersión de Bt

El modelo más consolidado para explicar la actividad tóxica de las proteínas Bt se basa principlamente en su habilidad para formar poros en la membrana de las células diana del intestino. Un gran número de trabajos experimentales apoyan este modelo, tanto para  proteínas de tipo Cry o Vip (Vip1 y Vip3)

De forma general, se acepta que, tras la unión de las toxinas a los receptores específicos de la membrana, se forma una nueva estructura proteica que se inserta en la membrana de las células intestinales, constituyendo un poro. Esta pérdida en la integridad de la membrana genera un desequilibrio osmótico que desemboca en la rotura celular.  Tras la lisis de las células intestinales se produce una septicemia, causada principalmente por el paso a la hemolinfa no sólo de las propias esporas o formas vegetativas de Bt, sino también de todas aquellas bacterias oportunistas y otros patógenos presentes en el bolo alimentario y  el insecto acaba muriendo. Tras la muerte del insecto, Bt puede aprovechar este nicho para continuar creciendo y esporular, favoreciendo su posterior dispersión en el medio.

Fuente: www.seea.es

Articulo original: Daniel Pinos y Patricia Hernández-Martínez: Modo de acción de las proteínas insecticidas de Bacillus thuringiensis, Boletin SEEA n4 2019