Nuevas estrategias

Un nuevo estudio de científicos de la UA, EEUU, publicado en el Journal Nature Biotechnology, muestra hallazgos que podrían mejorar las prácticas de manejo para los cultivos biotecnológicos actuales y promover el desarrollo de nuevas variedades que son más efectivas y duraderas.

Los cultivos genéticamente modificados para producir proteínas de la bacteria Bacillus thuringiensis (Bt) para el control de plagas de insectos suman en la actualidad un total de más de mil millones de acres plantadas en el mundo desde 1996. Ya que algunas plagas han evolucionado rápidamente y generado resistencia a los cultivos Bt que producen solo una toxina, la empresas biotecnológicas han introducido los cultivos Bt llamados “pirámide” que producen dos o más toxinas activas Bt para la misma plaga. Estas pirámides han sido adoptadas en muchos países desde el 2003, incluyendo a los EEUU, India y Australia.

Para evaluar el potencial de las pirámides en retrasar la evolución de la resistencia a plagas, el autor líder del estudio, Yves Carrière, y el coautor Bruce Tabashnik, ambos del Colegio de Agricultura y Ciencias biológicas, analizaron datos de 38 estudios que informan sobre los efectos de 10 toxinas Bt usadas en cultivos transgénicos en contra de 15 plagas de insectos. 

Hallaron que en muchos casos la eficacia real de los cultivos en contra de las plagas no se encontraba a la altura de las expectativas reportadas por los modelos de simulación informaticos que buscan predecir la evolución de la resistencia a plagas. De esta forma, las simulaciones podrían subestimar cuán rápidamente las plagas se adaptan a los cultivos Bt, llevando a directrices inadecuadas de manejo.

“La idea detrás de las pirámides de cultivos Bt, puede ser explicada con una analogía de llave y cerradura”, dijo Tabashnik, quien lidera el Departamento de Entomología del UA, y quien es también miembro del Instituto del UA BIO5.

“La cerradura en la puerta es la proteína receptora en las entrañas del insecto, y la llave es la toxina Bt que se une a ese receptor. Para poder matar al insecto, la toxina debe calzar en la cerradura para abrir la puerta y entrar”.

“Si se tiene sólo una llave -una toxina- y una mutación ha cambiado la cerradura -el receptor- entonces la toxina no puede abrir la puerta para entrar. El insecto es resistente y sobrevive. Ahora imagina que tienes dos llaves, una para la puerta frontal y otra diferente para la puerta trasera. Digamos que estás tratando de entrar por la puerta frontal, pero la llave no funciona porque la cerradura ha cambiado. Tu segunda llave podría hacerte ingresar por la puerta trasera, si es que la cerradura no ha cambiado también. Así que si no pudiste matar al insecto de una forma, puedes hacerlo de otra. Así es como funcionan las pirámides. Es como tener dos llaves diferentes y así el insecto necesitaría dos mutaciones diferentes para volverse resistente”.

Sin embargo, el escenario descrito arriba es una situación ideal que por lo general no se consigue en el mundo real, de acuerdo al nuevo estudio. En el otro extremo, algunas pirámides de cultivos Bt podrían tener dos toxinas que se unen al mismo receptor.

“En aquel escenario, las llaves son tan similares que las dos abren la puerta frontal, y si la cerradura se ha cambiado, entonces no tuviste suerte”, señaló Tabashnik.

La realidad, que los autores encontraron en este estudio, por lo general se encuentra en algún lugar entre medio.

“Si cada toxina es altamente efectiva por sí misma, y dos toxinas actúan independientemente, la pirámide debería matar como mínimo a un 99,75 por ciento de las plagas susceptibles al Bt”, explicó Carrière. “En otras palabras, menos de tres de cada mil insectos susceptibles deberían sobrevivir”.

Escudriñando la literatura científica, Carrière y Tabashnik descubrieron que esta suposición se cumplía tan sólo en la mitad de los casos. También encontraron que, contrario al escenario ideal típicamente asumido, la selección para resistencia a una toxina en una pirámide, por lo general causa una resistencia cruzada con otra toxina en la pirámide.

Un objetivo de este estudio, explicó Carrière, es ayudar a las empresas biotecnológicas a decidir cuáles toxinas poner en su pirámide basándose en datos que ya existen, en vez de seguir una proceso de prueba y error. “¿Se comportarán dos toxinas como una sola llave o como dos, o algo intermedio?” señaló. “¿Y podríamos usar el entendimiento de cómo estas toxinas funcionan para responder a esta pregunta?”.

Para ayudar a encontrar respuestas, Neil Crickmore de la Universidad de Sussex, un experto en la función y estructura de las toxinas Bt quién también fue coautor del estudio, utilizó datos disponibles online para analizar la similitud de las toxinas en cada una de sus tres partes que las componen, llamadas dominios. En consistencia con estudios bioquímicos previos que muestran que el dominio medio de las toxinas juega un papel en la unión con los receptores, el nuevo estudio muestra que la resistencia cruzada entre toxinas está asociada con la similitud de la secuencia de aminoácidos en este dominio. Los resultados de este nuevo estudio también indican que la similitud de la secuencia de aminoácidos en otros dominios contribuye a la mortalidad de los insectos susceptibles a Bt en las pirámides.

“Identificamos a dominios específicos involucrados en la expresión de rasgos que gobiernan la evolución de la resistencia a las pirámides, y proponen que las toxinas con diferentes secuencias de aminoácidos en estos dominios podría combinarse para producir pirámides más efectivas y durables”, señaló Carrière. “Con la tecnología disponible, es posible ahora cambiar dominios y diseñar cada toxina Bt con la configuración de dominios deseada. La información proporcionada por nuestro estudio podría ayudar al diseño de tales toxinas quiméricas usadas en las pirámides”.

Los autores enfatizaron que su trabajo proporciona a la comunidad procedimientos sistemáticos que pueden ser usados por cualquiera que trabaje en estas cuestiones.

“Nuestros resultados implican que las llaves -toxinas- usadas por los agricultores alrededor del mundo en los cultivos Bt, no son tan diferentes como nos gustaría”, señaló Tabashnik. “Y eso tiene grandes implicancias para las agencias que se dedican a establecer estándares para el tamaño de los refugios a ser plantados”.

La estrategia de refugios es el principal enfoque usado para retrasar la resistencia de las plagas a los cultivos Bt en los EEUU y en otros países. Esta estrategia está basada en la idea de que los refugios, que consisten en plantas hospederas no Bt posicionadas cerca o en los cultivos Bt, produzcan plagas susceptibles que se aparean con los individuos mutantes que sobreviven a los cultivos Bt. En Arizona, la estrategia del refugio funcionó brillantemente en contra del gusano rosado, donde la plaga infestó a los cultivos de algodón durante un siglo, pero ahora es escasa. En India, por otro lado, donde los agricultores no plantan refugios, los gusanos rosados evolucionaron rápidamente generando resistencia al algodón Bt.

Los datos de este estudio podrían ayudar a los modeladores a hacer predicciones más precisas de cómo un cultivo Bt pirámide se desempeñará y también para determinar las estrategias de refugios más realistamente.

“Proporcionamos una evaluación realista de cuáles toxinas Bt concuerdan con la suposición de las dos llaves y funcionan bien, para que los agricultores puedan usar refugios más pequeños”, dijo Tabashnik, “y cuáles están más cerca del escenario de una sola llave, para que así se hagan refugios más grandes, o de lo contrario tendremos problemas”.

Material traducido por Agriculturers.com