Bacillus thuringiensis, una bacteria inusual: Minirevisión (página 2)

Introducción

Bth es una bacteria entomotóxica y/o entomopatógena que controla insectos-plaga (IP) mediante un cristal de proteína que sintetiza durante la esporulación (12, 22, 27). Cuando el insecto ingiere este cristal por vía oral y llega al intestino lw causa una ulcera con vómito y diarrea de esa manera evita o reduce el daño del IP (17, 21, 24). Por esa razón se comercializó desde 1930 en Francia para el control biológico de IP de los ordenes: Lepidoptera, Diptera, Coleoptera de ambientes agrícolas y urbanos (24, 30).

Bth eventualmente infecta y mata insectos benéficos, esto no implica la posibilidad de que interactúe positivamente con otros insectos distintos a los IP (7, 15, 28). Ya que la cantidad de especies de este grupo que no son plaga o transmite enfermedades supera a los IP.

En la actualidad se especula que la esporulación de Bth sucede en el suelo, en el agua o el aire (29), pero sin duda se acepta que es un hecho en el interior de insectos (6, 9) y otros animales como las aves (13).

No obstante Bth se considera una bacteria común en ambientes naturales como lo reportado en B cereus, especie típica ampliamente distribuida en el suelo y que esporula en y bajo cualquier condición ambiental adversa aunque no sucede realmente con Bth. (6).

Por principio una diferencia fisiológica entre los miembros de Bacillus y Bth, es que este género es un grupo genéticamente estable, en lo que se refiere a la esporulación, en donde la pérdida de esta capacidad es un evento raro, sin embargo los reportes al respecto de Bth es que la pierde con facilidad, probablemente debido al plásmido que contiene la información genética para la síntesis del cristal (1, 2). Otro aspecto crítico de diferencia entre Bth y el género Bacillus es la sensibilidad de las esporas de Bth a la luz solar, UV a pesar de que se supone que las hojas de plantas son nicho ecológico, puesto que es la manera de aplicación del complejo espora-cristal, en el control de IP foliares y porque se reporta el aislamiento de esporas de Bth tanto vegetales domésticos como silvestres (15, 16, 25).

Sin embargo investigación demostró que las esporas Bth son susceptibles a la radiación solar y ello limita su viabilidad en la hoja (11). Las preguntas son ¿cómo llegaron estas esporas a estos sitios?, ¿por el viento e insectos que ahí vivieron y murieron? o ¿es circunstancial? (29). Investigación al respecto señala que a menos de 48h de la aspersión de las esporas de Bth sobre hojas jóvenes de plantas de maíz y fríjol, éstas perdieron su viabilidad por su susceptibilidad a la luz solar y U:V. (23, 26).

Las esporas de Bth carecen de ciertas proteínas que las protege contra agentes físicos una característica básica en la mayoría de los miembros del género. Lo anterior explica parcialmente su pobre capacidad de supervivencia a la luz solar y U.V. (18, 21). Contrario a lo que se reporta en la especie B. cereus que coloniza el suelo sin raíces, y responde a los exudados radicales y foliares de plantas domésticas como silvestres; las esporas de B.cereus se reproducen y resisten la radiación solar, U.V. También se usa en el control de bacterias fitopatógenas de valor comercial (4).

En general una característica distintiva del género Bacillus, es que la espora se considera un modelo de resistencia a factores físicos como la radiación solar y U.V, a agentes químicos como los metales pesados: en específico al cobre que se aplica en agricultura (2, 10), a este en especial las esporas de Bth son especialmente sensibles (18, 21).

Un aspecto de la fisiología de Bth que no corresponde a la generalidad de los miembros del genero Bacillus conocidos, es su incapacidad para esporular bajo condiciones de stress nutricional (4, 18). Investigación con Bth demostró que los serotipos GM nativos del norte de México y HD de la colección del USADA, EUA fueron incapaces de crecer en ese medio mineral y extracto de suelo como factor de crecimiento. (10ª),distinto a lo observado en B cereus cuando crece en medio de cultivo mineral, en donde rápidamente esporula como la mayoría de las especies de Bacillus saprofitas conocidas (23, 26).

Esta reportado que una especie de Bacillus (hoy Paenibacillus) es capaz de fijar nitrógeno atmosférico mientras que las especies típicas del suelo del género B subitilis, B. lincheniformis, B. cereus que superviven y crecen en suelos pobres en nitrógeno inorgánico y orgánico (14), lo que sugiere que las necesidades de Bth son distintas las de otros miembros del género Bacillus, esto apoya la hipótesis de su relación incluso en algunos casos dependencia bioquímica de insectos, por su incapacidad de sintetizar vitaminas y otros compuestos que son indispensables para la supervivencia de una bacteria nativa del suelo como B. cereus y especies relacionadas del género (13, 23).

El cuadro No. 1 muestra la diversidad de biopesticidas a base de Bth, que se emplean para el control de IP de cultivos agrícolas, en granos en almacén, apicultura, forestales y urbanas (3, 17), en el cuadro se indica que existen compañías norteamericanas y europeas que fabrican las variedades de Bth, consideradas una opción para ambientes naturales y artificiales.

Algunas compañías para evitar la desnaturalización del cristal ó d-endotoxina, la encapsulan como el producto MVP y M-One plus de Mycogen, que es eficaz en el control de IP foliares y de aquellos de ambientes acuáticos (30). Lo anterior no justifica la siembra y producción de plantas transgénicas Bth, esta opción de control de IP, tiene otros inconvenientesriesgos aún no pronosticados para la ecología y salud humana (24).

El cuadro No. 2 presenta las diferencias bioquímicas/fisiológicas de Bth, en comparación con la típica respuesta del género Bacillus; Bth es incapaz de sintetizar factores de crecimiento del complejo B, lo que explica que no crece en agar mineral o medios de cultivo sin nitrógeno orgánico combinado, sin vitaminas y la distingue de otras especies nativas en el suelo como B. cereus y B. subitilis (23).

En general las esporas de Bacillus son tolerantes a la radiación solar, agentes químicos, y termotolerantes, propiedad notoria en B. stearothermophilus, que produce esporas que resisten temperaturas mayores a 100°C propiedades genética/bioquímica que no posee Bth.

El cuadro No. 3 muestra los diferentes niveles de exigencia nutricional entre algunos miembros del género Bacillus, por principio se reconoce que Bacillus sp fue y es un simbiote obligado de abejas (7); B popillae y B. larvae se reproduce sólo en insectos-plagas vivos lo que indica su dependencia bioquímica (3), como lo que se reporta en las interacciones ecológicas intima entre insectos y bacterias (13), ejemplificada entre abejas y Bacillus sp (1, 7, 14, 22).

El siguiente es B. sphaericus que es un parásito facultativo exclusivo de mosquitos del orden Diptera, asi como B. anthracis que es un parásito facultativo de animales y humanos ambos se crecen en medios de cultivo artificial, estas especies representan adaptación evolutiva al reino animal,all ambiente natural y artificial. Puesto que se reproducen tanto en el interior de células animales, como en medios de cultivo artificiales simplrs (4); en tanto que B cereus es un típico saprobio del suelo, adaptable a las plantas a nivel de sus hojas y raíces, por ello se venden productos a base de B. cereus de tipo foliar y radical con fines de cuidar y mejorar la producción agrícola (18).

B. stearothermophilus produce esporas excepcionalmente tolerantes a elevadas temperaturas que las asocian a bacterias que crecen en ambientes extremos y la separa de las termosibles que sintetiza Bth.

Paenibacillus antes Bacillus crece en condición nutricional mínima o pobre, incluso en ausencia de N. un aspecto genético y bioquímico de absoluta independencia que no se observa en otras especies de Bacillus y que refuerza la hipótesis de que la especie Bth no tiene un comportamiento típico del género Bacillus.

En la figura 1 se representa una hipótesis sobre la respuesta de Bth al ambiente. En ella se supone que las esporas de Bth no germinan bajo condiciones de stress fisicoquímico, contrariamente a los miembros del género Bacillus que si lo hacen, por tanto las especies de Bth no superviven en la naturaleza, excepto cuando existen insectos involucrados (2). El cristal por ser proteína no es estable y desaparece rápidamente en el ambiente (21, 22), mientras que las células vegetativas responden al stress por represión de esporulación, contrariamente a lo observado en la mayoría de las especies de Bacillus que son parásitos facultativas y/o saprobias, En el género Bacillus cualquier diferencia nutricional induce rápidamente la esporulación, la única forma de asegurar la esporulación en Bth, es proporcionarle condiciones artificiales favorables como oxigenación, fuente de carbono sencilla, control y mantenimiento de pH y ausencia de agentes físico-químicos contrarios a la vida (1, 5, 8)

Conclusión.

Con base a lo expuesto, es evidente que Bth no se comporta como se reporta para los miembros típicos del género Bacillus; un análisis fino de su genética y bioquímica apoya su reubicación en otro grupo o probablemente en un género único. Esta clase de investigación permitirá entender el origen del cristal y su papel natural en la regulación de las poblaciones de insectos, lo que en la actualidad es todavía un misterio.

Este sencillo trabajo está dedicado al Ingeniero Agrónomo Parasitologo Cuauhtémoc Núñez-Ramos iniciador y primer investigador en Bacillus thuringiensis en Nuevo León México, a la memoria del Dr. Howard Taylor Dulmage del USDA, E.U.A extraordinario científico y promotor de Bth en el. Mundo y en México, al Dr. Luis Jesús Galán Wong por ver en esta bacteria una oportunidad y modelo de investigación para el noreste de México.

Agradecimientos.

Al proyecto 2.7 de la CIC-UMSNH (2005-2006), por las facilidades para esta publicación, a Jeanneth Caicedo Rengifo por la revisión y trabajo de escritura.

Literatura citada.

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Anexos

Cuadro No. 1 Algunos biopesticidas comerciales basados en las variedades de Bacillus thuringiensis*.

Ref. * (3, 12, 15, 17, 22).

Cuadro No. 2 Diferencias bioquímicas y fisiológicas entre Bacillus thuringiensis y otros miembros del genero Bacillus*.

Ref. * (2, 3, 8, 24)

Cuadro No.3 Niveles de exigencia nutricional entre especies del género Bacillus*

Ref. *(4, 7, 13, 29, 30).

Figura 1. Respuesta hipotética de Bacillus thuringiensis a las condiciones ambientales abióticas y bióticas naturales*

Esporas ————————> Pierden ——————–> No superviven

No germinan viabilidad

(Razones nutricionales)

Cristales ——————> Mineralización —————-> Desaparecen rápidamente

(Proteína) excepto en algunas arcillas en horas

Formas ——————–> No responden a

Vegetativas estímulos

ambientales ———> Latencia de las células vegetales pero

para esporular sin esporular

Células vegetativas ——–> Responden a —————–> Crecen y luego

estímulos esporulan

favorables,

nutricionales

y ambientales.

Ref. *(6, 9, 22, 28, 29).

Juan Manuel Sánchez-Yáñez

Laboratorio de Microbiología Ambiental. Instituto de Investigaciones Químico Biológicas, Ed. B-1 CU,

(autor correspondiente,

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. CP 58000 Morelia, Mich. México