Proteínas Cry y su potencial insecticida

J. Francisco Castillo Esparza^1*, Damaris Desgarennes¹ y Gloria Carrión¹

Bacillus thuringiensis es una bacteria que se caracteriza por producir diferentes proteínas con capacidad insecticida. Una de las toxinas más estudiadas y utilizadas para el control de diferentes plagas que afectan diversos cultivos de interés agrícola son las proteínas Cry.

Bacillus thuringiensis (Bt) es una bacteria desarrollada biotecnológicamente como bioinsecticida debido a sus potentes δ-endotoxinas. Las δ-endotoxinas también conocidas como proteínas Cry son cuerpos parasporales que se forman durante la fase de esporulación de la bacteria, estas proteínas muestran actividad insecticida contra diversas especies de insectos plaga de diferentes ordenes como lepidópteros, dípteros, coleópteros, entre otros [1].

La familia de las proteínas Cry es muy extensa y actualmente cuenta con más de 700 proteínas identificadas (https://www.bpprc.org.). Estas proteínas comparten un plegamiento tridimensional similar de tres dominios (Fig. 1), lo cual sugiere que también comparten un modo de acción similar. Las proteínas Cry son reconocidas por formar poros en las células del intestino medio de las larvas, provocando un choque osmótico y por consiguiente llevando a una lisis celular y muerte del insecto. El mecanismo de acción más conocido y estudiado es el modelo de unión secuencial o mecanismo clásico, el cual propone que las proteínas Cry lisan las células del epitelio del intestino medio de los insectos susceptibles a través de los siguientes pasos: a) Ingestión y disolución de la inclusión cristalina (proteínas Cry) en el lumen del intestino medio. b) Activación proteolítica de la protoxina Cry nativa en polipéptidos tóxicos resistentes a las proteasas. c) Unión de los fragmentos de la toxina activada a receptores específicos en la superficie de las células epiteliales del intestino medio. d) Formación de pre-poros y anclaje a la membrana. Tales poros producen la lisis de las células epiteliales del intestino medio y por lo tanto desajustes que conducen a la muerte del insecto [2].

Figura 1. Estructura tridimensional de una proteína Cry

Las proteínas Cry de Bt han sido utilizadas por años para el control de diferentes plagas de insectos que afectan cultivos de importancia agrícola como el maíz, arroz, tomate, coles, entre otros. Se considera que diferentes proteínas son selectivas para algunas plagas, por ejemplo, las proteínas Cry1Ab y Cry2Ab pueden causar la muerte de Helicoverpa armígera (gusano de la mazorca), la proteína Cry7Aa2 puede interactuar específicamente contra Leptinotarsa decemlineata (escarabajo de la papa) y las proteínas Cry1Ac/Cry3A/Cry9Ec1 son activas contra Plutella xylostella (polilla de la col), solo por mencionar algunos ejemplos [3].

Plutella xylostella también conocida como la palomilla dorso de diamante o polilla de la col, es considerada como uno de los insectos más dañinos dentro de los complejos de plagas que atacan los cultivos de crucíferas a nivel mundial. Los costos de manejo y las pérdidas que ocasiona esta plaga a los cultivos fueron estimados en aproximadamente 4000 millones de dólares al año. En México representa una de las plagas más devastadoras para los cultivos de brocoli, coliflor y repollo (Fig. 2).

Figura 2. Adulto y larvas de Plutella xylostella

El repollo también conocido como col, col blanca o col cerrada (Brassica oleracea var. Capitata) es un vegetal versátil y nutritivo y está considerada entre las verduras más antiguas en la historia de la humanidad. En el año 2022 la producción de repollo en México se realizó en 25 estados, alcanzando una producción de 205,168 toneladas con un valor de la producción de este vegetal por 787 millones de pesos [4]. Como se mencionó anteriormente, P. xylostella produce grandes pérdidas a nivel mundial, ya que se alimenta de diferentes crucíferas de importancia agrícola, sin embargo, otra gran problemática que existe relacionada con este insecto es su capacidad de generar resistencia a varios insecticidas sintéticos (organofosforados, carbamatos, piretroides) y microbianos. Debido a esta resistencia generada, es necesario hacer un manejo integrado para el control de P. xylostella, el cual debe de incluir todas las técnicas culturales, biológicas y físicas que favorezcan la presencia de enemigos naturales y hacer uso de productos biológicos como Bacillus thuringiensis [5]. Por lo tanto, es necesario seguir con la búsqueda de cepas de Bt que contengan nuevas toxinas Cry con actividad contra P. xylostella y de esta forma superar la resistencia generada a las toxinas ya reportadas.

Cultivo de repollo en el municipio de Tepeyahualco

Referencias

Castillo-Esparza, J. F., Hernández-González, I., & Ibarra, J. E. (2019). Search for Cry proteins expressed by Bacillus spp. genomes, using hidden Markov model profiles. 3 Biotech, 9(1), 13.
Melo, A. L. D. A., Soccol, V. T., & Soccol, C. R. (2016). Bacillus thuringiensis: mechanism of action, resistance, and new applications: a review. Critical reviews in biotechnology, 36(2), 317-326.
Gu, J., Ye, R., Xu, Y., Yin, Y., Li, S., & Chen, H. (2021). A historical overview of analysis systems for Bacillus thuringiensis (Bt) Cry proteins. Microchemical Journal, 165, 106137.
Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera | 17 de febrero de 2024
https://www.agrisolver.com/blog/manejo-integrado-de-la-palomilla-dorso-de-diamante-plutella-xylostella