Enero-Junio, 2017. Vol. 4 No. 1

por Dr. Gustavo Ponce
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A Los Lectores:

Estimados lectores bienvenidos a la edición número uno del año 2017, de la revista de divulgación Artrópodos y Salud, agradeciendo el interés por la lectura de este número. Esta publicación será publicada semestralmente, en la cual les presentamos una serie de información sobre tópicos relacionados con los artrópodos y su efecto en la salud, humana, animal y vegetal.

En nuestra sección Editorial la pediculosis capitis Por. MC. Gerardo de Jesús Trujillo, tema abordado de manera general.

En la sección de monografías, se habla del padre de la fisiología de insectos William Leishman, sus obras y legado.

En la revisión, Insecticidas Misceláneos, nos da un panorama general sobre los principales productos que se manejan en este grupo, así también se abordan otros temas como es la Aplicación industrial de la biotecnología de insectos, paratransgénesis: simbiontes como alternativa en el control de insectos, péptidos antimicrobianos , aceites esenciales para el control de insectos y aplicación de la biotecnología en el control biológico.

Los invitamos de la manera más atenta a que disfrute del contenido de esta publicación, cuyo objetivo es divulgar conocimiento dentro del apasionante tema de los Artrópodos y su efecto en la Salud en general.

COMITÉ EDITORIAL.

Pediculosis Capitis.

Es una ectoparasitosis del cabello y piel cabelluda del humano, cuasada por Pediculus humanus var. capitis (De Geer) (piojo de la cabeza), caracterizada por prurito constante y escoriaciones, siendo frecuente en niños de entre 5 y 15 años de edad. La infestación por este parásito es una enfermedad hiperdéndemica en todo el mundo.

De acuerdo con la organización mundial de la salud (OMS) los piojos del cuero cabelludo, el cuerpo y el pubis son ectoparásitos hematófagos que pertenecen al suborden de los anopluros. Suelen transmitirse por contacto personal directo, aunque en ocasiones se transmiten también por vía indirecta, a través de las prendas de vestir, las toallas o la ropa de cama de las personas infestadas. La pediculosis es una problemática de distribución mundial, especialmente frecuente en condiciones de hacinamiento. Aunque la higiene deficiente favorece la pediculosis corporal, los piojos de la cabeza afectan con igual frecuencia a los cabellos limpios y sucios, mientras que la pediculosis púbica se ha convertido en una parasitosis frecuente en las sociedades ricas.

Cada una de las formas clínicas de pediculosis obedece a una especie distinta: la infestación del cuero cabelludo, a P. h. capitis (De Geer); la del cuerpo, a P. h. corporis, y la del pubis, a Pthirus pubis, la segunda de estas especies actúa también como vector del tifus exantemático epidémico, la fiebre quintana (fiebre de las trincheras) y la fiebre recurrente epidémica.

La lucha contra la pediculosis depende en buena medida de la educación de la población. Las personas infestadas deben recibir tratamiento y seguimiento posterior para detectar posibles recaídas. En las escuelas deben realizarse inspecciones sistemáticas del cuero cabelludo ya que el piojo puede presentarse en cualquier época del año (López 2008).

William Leishman

William Boog Leishman

William Boog Leishman
(1865-1926)

Bacteriólogo y patólogo. Nació el 6 de diciembre de 1865 en la cuidad de Glasgow (Escocia). Estudió en la Westminster School y en la Universidad de Glasgow.

En 1887 ingresó a los Servicios Médicos de la Armada como cirujano. En la India estudió una enfermedad denominada Kala azar y fiebre entérica.

Fue profesor ayudante de patología en la Escuela Médica de la Armada donde contribuyó a la mejora de las técnicas de Romanowsky (azul de metileno y eosina) para la tinción de parásitos.

En 1901, mientras examinaba preparaciones del bazo de un paciente (afectado por Kala azar), observó cuerpos ovales intracelulares y publicó su hallazgo en 1903.  De forma simultánea, Charles Donovan, del Servicio Médico de la India, también encontró dichos cuerpos en otro paciente afectado por la enfermedad antes mencionada. De esta manera descubrieron el protozoo causante de Kala azar o Leishmaniasis viceral, al que denominaron Leishmania donovani, en honor a sus descubridores.

Leishman también llegó a clarificar el ciclo vital de la Spirocheta duttoni, que es la causante de la fiebre recurrente africana, causada por la garrapata Ornithodorus.

Gracias a estos y diversos trabajos en los que contribuyó, obtuvo otros reconocimientos, como el de su destacada contribución a la salud de los soldados en la Gran Guerra, trabajando para encontrar una vacuna eficaz contra la fiebre tifoidea. Sus resultados fueron publicados en el British Medical Journal en 1900. Murió el 6 de junio de 1926.

Por: Andrea Daniela Díaz Moreno, Jennifer V. Ibarra Flores y Cecilia Nájera Peña. Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma de Nuevo León.

Franco Morales. Universidad Autónoma de Nuevo León. Facultad de Ciencias  Biológicas.
Laboratorio de Entomología Médica. francomfrs@gmail.com

Insecticidas Miscelaneos

Resumen

Tiempo antes de la llegada de los insecticidas, los productos de origen natural proporcionaban los medios para controlar los insectos que afectaban a la población humana, tanto directa como indirectamente. Insecticidas de origen natural incluye a productos derivados de materiales naturales como animales, plantas, bacterias y ciertos minerales. Por ejemplo, el uso de extractos de plantas  o Feromonas sexuales tiene aplicaciones insecticidas. Se acepta que los ingredientes vegetales pueden presentar efectos secundarios tóxicos u otros efectos secundarios indeseables en organismos no blanco, incluidos los seres humanos. Así, la nicotina era más tóxica para los mamíferos que para las plagas de insectos. Sin embargo, la mayoría de los insecticidas vegetales son intrínsecamente menos dañinos que los plaguicidas convencionales, y  por lo general, afectan al organismo blanco y algunos estrechamente relacionados, a diferencia de los insecticidas convencionales que también pueden afectar organismos tan distintos a los insectos, como lo pueden ser las aves y mamíferos. Sin embargo, cualquier material de origen natural, que se desee introducir como agente de control de plagas, debe someterse al mismo examen de para la toxicidad potencial para el hombre tal como se aplica a los plaguicidas sintéticos.

INTRODUCCIÓN:

Un sin número de compuestos químicos se han empleado desde la antigüedad para la represión o prevención del desarrollo de las plagas (1), las cuales afectan de manera directa o indirecta al ser humano, un ejemplo de estas sustancias, es el arsénico, que se ha empleado desde el año 79 d.c. como insecticida (2), para el siglo XVII se comenzó a usar la nicotina y en 1705 el cloruro de mercurio como preservador de madera (Cremlyn, 1985); durante 1850 se introdujeron dos insecticidas naturales, que son la rotenona, obtenida de las raíces de una planta de género Derris y el piretro, procedente de las cabezuelas del crisantemo; posterior a estos, se presentó lo que se denomina la era de los insecticidas modernos, la cual se inició inmediatamente después de terminada la Segunda Guerra Mundial empleando DDT (el cual se descubrió su acción insecticida en 1939) para combatir insectos vectores de enfermedades que afectaban a las tropas aliadas y posteriormente su uso se extendió al combate de plagas agrícolas y el ganado (Cisneros faustos, 1995), hacia 1950 se comenzó a emplear organofosfatos, sin embargo para 1959 se reportaron aún más compuestos además de los que se seguían sintetizando (3). Durante los años 60´s se desarrollaron los carbamatos actuales, liderando el compuesto oxime carbamato en 1965 (4), ulteriormente, los piretroides comenzaron a utilizarse a partir de los 80´s debido a una baja toxicidad en mamíferos y casi nula acumulación en el medio, además de su importancia en el control de plagas agrícolas (5).

Sin embargo, a pesar de que la mayoría de los insecticidas se encuentran organizados en sus respectivos grupos debido a la abundancia de estos, existen grupos menores como los insecticidas misceláneos los cuales incluyen productos sintéticos y formulaciones de origen natural (6).

De entre algunos ingredientes activos que se encuentran considerados como misceláneos, se encuentran: avermectinas, spinosad, Imidacloprid, Fipronil, Indoxacarb, Diflurobenzuron, Tebufenozide, Metopreno; estas sustancias encabezan la lista de esta agrupación, donde en ésta revisión se desglosarán cada de uno de ellos, haciendo énfasis en su modo de acción y composición química.

Clasificación De Los Insecticidas Misceláneos, Estructura, Modo De Acción Y Toxicidad En Humanos.

Avermectinas.

Existen antibióticos que no solo se aplican en el ámbito de la medicina, si no, también como pesticidas enfocados a hongos e insectos (7), estos se descubrieron en 1975 a partir de cultivos de Streptomyces avermitilis (8).

Estos compuestos denominados macrocíclicos, potencian la transmisión neuronal y neuromuscular, es decir, una hiperpolarización de las membranas neuronales media la parálisis en artrópodos.

Estructura química.

Las avermectinas (figura 1), las conforma un anillo de lactona macrocíclico de 16 elementos (9), formada principalmente por compuestos diferentes como B1a, B1b, (10), de los cuales 80% corresponden al primero, mientras que al segundo se le asigna solo el 20%; la diferencia estructural radica en el grupo C2Hde B1a y el grupo CH3 de B1b que se encuentra unido a uno de los anillos de la estructura.  

Son compuestos lipofílicos, prácticamente insolubles en agua e hidrocarburos saturados como ciclohexano, sin embargo, debido a esto, son altamente solubles en la mayoría de los disolventes orgánicos.

Estructura química de las Avermectinas
Figura 1: Estructura química de las Avermectinas, extraido de: http://spanish.titanunichem.com/products/abamectin-CAS-71751-41-2-95-TC-1-8-EC-5-EC-1-8-EW-avermectin-2719134.html

Mecanismo de acción.

La lipofilidad de las avermectinas favorece una absorción transcuticular, sin embargo, también depende de su formulación (11); debido a su alto peso molecular y forma irregular, hacen que la absorción por este medio sea considerada más lenta que para moléculas liposolubles de menor tamaño (7).

En algunos organismos como los nemátodos, la absorción transcuticular es tan importante como la absorción oral. Sin embargo, en parásitos hematófagos y artrópodos ectoparásitos, probablemente la ruta oral contribuya sustancialmente a la absorción (9), por lo que los planes de control deben estar basados en su totalidad en el tipo de organismo en el que se busca la efectividad.

Estos insecticidas poseen un proceso de biotransformación, es decir, la sustancia original la modifica, transformándola en otra diferente en el caso de que se requieran ser ingeridos por mamíferos, la baja toxicidad en el huésped, se ha justificado en función de que en los mamíferos, las neuronas GABA se encuentran en el sistema nervioso central donde estas sustancias se difunden pobremente (12), además que presentan afinidad por lo receptores de los invertebrados 100 veces mayor que por los receptores GABA en vertebrados.

En parásitos, el efecto más evidente se produce sobre la motilidad, observándose disminución de la misma y parálisis muscular, además de una reducción en la formación de número de huevos en el organismo. El principal mecanismo es un aumento en los iones cloruro, es decir, un flujo de iones cargados negativamente, hacia el interior de la neurona, provoca su hiperpolarización, lo que resulta en bloqueo de la transmisión postsináptica de impulsos nerviosos, causando parálisis y muerte en los artrópodos que se consideren sensibles (13,14); estudios sugieren que estas sustancias pueden modular alostéricamente el flujo de iones inducido por GABA, por medio de una interacción con lugares de unión distintos (15); sin embargo, otros estudios han identificado a canales de cloruro regulados por glutamato, sensibles a las Avermectinas en menores concentraciones de las consideradas necesarias para estimular los canales dependientes de GABA (16).

Toxicidad en humanos

Ya que el uso de esta sustancia es empleada también en humanos, surge la pregunta de toxicidad en los mismos, sobre todo en el caso de la ivermectina, que es un fármaco empleado para el tratamiento de oncocercosis humana (7) y aun cuando se han empleado más de 50,000,000 de dosis distintas no se presenta algún reporte de toxicidad atribuida a este (5).

Spinosinas (spinosad)

Estos insecticidas, son de uso agrícola conocidos, debido a una baja toxicidad en animales y humanos, además de ser considerado como pesticidas “verdes”, ya que son una fermentación natural producida por la bacteria Saccharopolyspora spinosa, además cabe recalcar, que es la única bacteria que secreta spinosad (17).

Estructura química    

Se consideran como metabolitos secundarios de la fermentación aeróbica de S spinosa , sin embargo, la composición principal de este insecticida son dos espinosines denominados A con un 85% y D con entre 10-15% (18,19), estos compuestos poseen un único anillo tetracíclico al cual se encuentran unidos dos tipos de azucares (20), sin embargo estos a su vez, difieren entre ellos por la sustitución de hidrógeno, por un grupo metil.

La síntesis de la espinosina A cuenta con una macrociclización en tándem y una reacción TDA Transannular Diels-Alder (figura 2), además de una reacción MBH Morita-Baylis-Hillman para su construcción total (21) (figura 3)

Reacción TDA Transannular Diels-Alder
Figura 2.- Reacción TDA Transannular Diels-Alder. Mergott, D. J., Frank, S. A., & Roush, W. R. (2004). Total synthesis of (–)-spinosyn A. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101(33), 11955-11959.

Reacción MBH Morita-Baylis-Hillman
Figura 3.- Reacción MBH Morita-Baylis-Hillman. Extraido de: Mergott, D. J., Frank, S. A., & Roush, W. R. (2004). Total synthesis of (–)-spinosyn A. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101(33), 11955-11959.

En la espinosina A (figura4) se une un sacárido neutral (2,3,4-tri-O-metil-α-L-rhamnosyl) en el grupo hidroxil del C-9 y un aminoazúcar (β-D-forosaminyl) en el C-17 del grupo hidroxil (22), mientras que la espinosina D (figura 4), al cual es 6-metil-espinosin A, está conformado por propionato  en lugar de acetato durante la unión con el policétido (23,24).

Estructura de espinosin A y D
Figura 4.- Estructura de espinosin A y D. Kirst, H. A. (2010). The spinosyn family of insecticides: realizing the potential of natural products research. The Journal of antibiotics, 63(3), 101-111.

Mecanismo de acción.

El spinosad es un insecticida de ingestión-contacto (figura 4), por lo que es particularmente activo contra lepidópteros y dípteros.

Se le considera como una neurotoxina, que incluye, pérdida de la coordinación, prostración, temblores y otras contracciones involuntarias del músculo, que llevan a una parálisis y muerte (5); el insecticida involucra a receptores nicotínicos de acetilcolina además de los receptores GABA (25,26), lo que mediante una exposición prolongada  da como consecuencia al cese de alimentación, seguido en 24 horas por parálisis y muerte.

La aplicación foliar de este insecticida no se considera altamente sistémico, sin embargo, se ha demostrado movimiento translaminar y actividad en insectos plaga (27), debido a esto y a una baja toxicidad en aves y mamíferos (28), es considerado como un insecticida de bajo riesgo (29).

Sistema Nerviosos de Insectos
Figura 4.-Mecanismo de acción de spinosad. http://docplayer.es/14317459-Spinosad-green-insecticida-de-quimica-verde-y-su-uso-en-agricultura-organica-a-nivel-mundial.html

Toxicidad en humanos

Debido a que no se presentan reportes de genotocixicidad en humanos o actividad mutagénica asociada a este insecticida, no es considerado de peligro para el humano (6), además de presentar una casi nula actividad en aves y otros mamíferos, no obstante, posee una toxicidad moderada para organismos acuáticos.

Insecticidas cloronicotiniles (imidacloprid)

La propiedad insecticida la nicotina se conoce desde una cantidad importante de años (30), sin embargo, debido a una alta toxicidad en mamíferos, no se ha empleado desde 1940, sin embargo en 1979 con el empleo de la niacina otras sustancias fueron descubiertas (31), entre ellas el imidacloprid, pero hasta 1992, y fue considerado como un insecticida neonicotenoide nuevo, incluso con una tal aceptación, que más de 120 países lo emplean (32).  

Estructura química

El imidacloprid (1-[6-cloro-3-pyridinyl)metil]-N-nitro-2-imidazolidinimina) (Figura 5) es un neonicotenoide, con una baja persistencia en el suelo, alta actividad insecticida y relativamente baja toxicidad en mamíferos (33,34), algunas veces cuando se hace referencia a los neonicotenoides también se engloba a los nitrometileno, nitroimina o grupo cianoimina (35).

El insecticida en cuestión contiene una mitad 6-cloro-3-piridil, además que la presencia de su terminación electronegativa, consiste de un grupo ciano o nitro y el cual se une a un sitio catiónico en receptores del insecto (36).  

Estructura de imidacloprid
Figura 5.- Estructura de imidacloprid. Matsuda, K., Buckingham, S. D., Kleier, D., Rauh, J. J., Grauso, M., & Sattelle, D. B. (2001). Neonicotinoids: insecticides acting on insect nicotinic acetylcholine receptors. Trends in Pharmacological Sciences, 22(11), 573-580.

Mecanismo de acción

Posee un alto potencial de actividad ante insectos chupadores (37), induciendo despolarizaciones caracterizadas por temblor en apéndices locomotores, seguido de temblor en todo el cuerpo y posteriormente la muerte (38). Actúa principalmente en tres receptores de acetilcolina (AChR), sin embargo, es considerado inefectivo en receptores muscarínicos, como explicación en un insecto tipo (Figura 6), este insecticida evoca despolarización en la cual alcanza un pico que dará como consecuencia un paro en la actividad del ganglio terminal abdominal.

Efectos en insectos
Figura 6.-Efectos en insectos. Matsuda, K., Buckingham, S. D., Kleier, D., Rauh, J. J., Grauso, M., & Sattelle, D. B. (2001). Neonicotinoids: insecticides acting on insect nicotinic acetylcholine receptors. Trends in Pharmacological Sciences, 22(11), 573-580.

La selectividad de este tipo de compuestos para insectos es opuesta a la de los mamíferos ya que depende de la ionización del pirrolidin nitrógeno; además, que el imidacloprid es pobremente ionizado en un medio neutro, lo que da como resultado un insecticida que puede ser utilizado con medidas de seguridad en el agua no dañando considerablemente a crustáceos (39).   

Toxicidad en humanos

No se tiene registro de toxicidad en humanos en concentraciones menores, es decir menores a 30 ml con concentraciones de 17.8%, lo que ocasiona taquicardia, somnolencia, presión sanguínea con valores de 100/70 mm Hg (31).

Insecticidas fenilpirazoles

Clase de insecticidas cuyo representante principal es el fipronil, el cual fue descubierto en 1987 (40) y autorizado como de uso agrícola y no agrícola en 1993 (41); posee un amplio rango de poder insecticida, además de actividad biológica y herbicida.

Su presentación es variada, ya que se puede mostrar de diferentes maneras, en las que destaca spray o granulado (43,44).

Estructura química

Su fórmula molecular es: C12H4C12F6N4OS (Figura 7) con una solubilidad de 2mg/l en agua, además de presentar una absorción limitada en la piel (45).

Estructura del fipronil
Figura 7.- Estructura del fipronil. Extraído de: Gunasekara, A. S., Truong, T., Goh, K. S., Spurlock, F., & Tjeerdema, R. S. (2007). Environmental fate and toxicology of fipronil. Journal of Pesticide Science, 32(3), 189-199.

Este insecticida puede ser formulado sólido, spray líquido o granulado, no posee partículas volátiles y es degradado vía fotolisis, además de ser considerado susceptible a hidrólisis bajo condiciones alcalinas (46), sin embargo, llega a producir distintos metabolitos tras su degradación, los cuales son extremadamente estables y más tóxicos que el compuesto original (figura 8) (47).

Metabolitos de fipronil

Figura 8.-metabolitos de fipronil. Gunasekara, A. S., Truong, T., Goh, K. S., Spurlock, F., & Tjeerdema, R. S. (2007). Environmental fate and toxicology of fipronil. Journal of Pesticide Science, 32(3), 189-199.

Mecanismo de acción

Es una molécula extremadamente activa y un potente alterador del sistema nervioso central de insectos, vía canales de cloro regulados por GABA (48), interrumpiendo el flujo neuronal normal y a una dosis suficiente, causando una excitación neural excesiva, parálisis y como consecuencia la muerte (figura 9) (49,50).

Modo de acción del fipronil
Figura 9.- Modo de acción del fipronil. https://blogparapet.wordpress.com/ectoparasitarios/fipronil/

Esta molécula insecticida presenta una gran afinidad a los receptores GABA de insectos que de mamíferos (51), lo que lo hace relativamente específico.

Toxicida en mamíferos

Se considerad neurotóxico tanto en ratas como perros, según lo reportado en varios estudios en ratas y dos estudios crónicos sobre perros (52), en lo que respecta a humanos, se han presentado casos de envenenamiento por este insecticida en por lo menos siete personas, caracterizándolo principalmente por vómito y convulsiones (53), sin embargo, no se reportan fatalidades ni casos de genotoxicidad.

Insecticidas oxidiazinas

De estos insecticidas el indoxacarb es su representante, el cual fue descubierto en 1972 como una alternativa para combatir plagas en cultivos(54), es un insecticida foliar que fue el primero en comercializarse como un bloqueador de los canales de sodio, afectando principalmente a plagas de lepidópteros (54), por otro lado, se ha mostrado con nula actividad ante abejas y otros artrópodos benéficos (55).

Está compuesto de un isómero insecticida activo e inactivo, además de que el ingrediente activo de sus formulaciones puede contener los isómeros mencionados en una proporción aproximada de 3:1 (5), optimizando así su acción insecticida.

Estructura química.

 La fórmula del indoxacarb es C22H17CIF3N3O(Figura 10)y está conformado por dos enantiómeros (S:R), designados como DPX-KN128 y DPX-KN127 respectivamente, sin embargo, solo el enantiómero S posee actividad insecticida (56).

Estructura del indoxacarb
Figura 10.- Estructura del indoxacarb. McCann, S. F., Annis, G. D., Shapiro, R., Piotrowski, D. W., Lahm, G. P., Long, J. K., … & Reeves, B. M. (2001). The discovery of indoxacarb: oxadiazines as a new class of pyrazoline‐type insecticides. Pest management science, 57(2), 153-164.

Para la síntesis de este compuesto, sucede una introducción de un quiral en la fase de hidroxilación del 2-carbono methoxindanona de su forma 1 a la 5 (figura 11).

Primera parte de síntesis
Figura 11.-primera parte de síntesis. McCann, S. F., Annis, G. D., Shapiro, R., Piotrowski, D. W., Lahm, G. P., Long, J. K., … & Reeves, B. M. (2001). The discovery of indoxacarb: oxadiazines as a new class of pyrazoline‐type insecticides. Pest management science, 57(2), 153-164.

Posteriormente se adicionan los reactivos AD α y β donde cada enantiómero enriquecido, brindando 54% y 51% respectivamente de los isómero positivos (+) y negativos (-) (figura 12).

Adición del reactivo α y β
Figura 12.-adición del reactivo α y β. McCann, S. F., Annis, G. D., Shapiro, R., Piotrowski, D. W., Lahm, G. P., Long, J. K., … & Reeves, B. M. (2001). The discovery of indoxacarb: oxadiazines as a new class of pyrazoline‐type insecticides. Pest management science, 57(2), 153-164.

Como fase final, el anillo se forma de una manera protegida de carbamato de bencilo, la cual posteriormente se acoplará con el cloruro de carbamoil, dando como resultado el indoxacarb (figura 13).

Indoxacarb
Figura 13.- Indoxacarb. McCann, S. F., Annis, G. D., Shapiro, R., Piotrowski, D. W., Lahm, G. P., Long, J. K., … & Reeves, B. M. (2001). The discovery of indoxacarb: oxadiazines as a new class of pyrazoline‐type insecticides. Pest management science, 57(2), 153-164.

Modo de acción

Este compuesto, bloquea los canales de sodio en insectos por medio del N-decarbometoxil metabolito, posteriormente a su ingesta.

Además de esto, el ya mencionado metabolito posee una lenta disociación una vez unido al canal de sodio, lo que explica el porqué de su alta respuesta ante los insectos, principalmente lepidópteros (74).

Toxicidad en humanos

En mamífero en general causa toxicidad a altas dosis (200mg/kg) presentando ataxia y reducida actividad motora, a una prolongada exposición causa degeneración neuronal en el hipocampo y posteriormente la muerte, sin embargo, en humanos no se han presentado efectos perjudiciales, incluso con el personal en cargado de manufactura (5)

REGULADORES DE CRECIMIENTO

Una característica que destaca a los insectos es la formación de un exoesqueleto, el cual lo protege contra la perdida de agua, debido a que es una estructura impermeable (57); el exoesqueleto está formado por varias partes, como son la cutícula, que es la más importante y recubre externamente el cuerpo del insecto además de intervenir en una gama importante de procesos fisiológicos (58), esta capa se divide en varias como la epicutícula y cuticulina que es la más importante ya que limita el crecimiento al ser inelástica (59).

Debido a la gran importancia de la cutícula en el insecto, ofrece una oportunidad de control para organismos considerados plagas, lo cual recae en la necesidad del organismo de desarrollarse-crecer y donde no llega a ser así, tener la oportunidad de ser depredado.

Habiendo establecido este punto, en esta parte del escrito se plantearán reguladores de crecimiento, que de alguna forma alteran dicho desarrollo interfiriendo la formación normal de la cutícula (60).

Inhibidores de la síntesis de quitina.

Para este fin, existen los insecticida denominados benzoilureas, que interfieren con la formación de cutícula, inhibiendo la síntesis de quitina (61), donde en este grupo destaca el diflubenzurón, el cual exhibe actividad ante larvas (62) y considerado también como ovicida, interrumpiendo el almacenamiento de quitina en la cutícula (5).

Estructura química

El diflubenzurón está formado por C14H9CIF2N2O2  (figura 14), posee un peso molecular de 310 g/mol y punto de fusión de 230-232°, por lo que es considerado estable; se logra sintetizar mediante la reacción de 2,6 diflurobenzamida con p-clorofenil isocianato (figura 15)

Estructura de diflubenzurón
Figura 14.- estructura de diflubenzurón. http://www.source-chem.com/product/321-diflubenzuron-in001-1266/

Síntesis de diflubenzurón
Figura 15.- síntesis de diflubenzurón. Grosscurt, A. C. (1980). Some physiological aspects of the insecticidal action of diflubenzuron, an inhibitor of chitin synthesis (Doctoral dissertation, [sn]).

Modo de acción.

Esta benzoilurea, inhibe la formación de quitina en el insecto, dependiendo del estadio de desarrollo en el que se aplique, ya que el efecto del insecticida es visible generalmente hasta el siguiente estadio del artrópodo, donde la larva es incapaz de mudar (63), en algunas especies de insectos, la larva no es capaz de mudar por lo que permanece inmóvil y eventualmente muere (figura 16), además existen los denominados efectos ovicidas, los cuales no son del todo bien denominados, puesto que se caracterizan solamente por inhibición de emergencia, los efectos en los huevos se obtienen por aplicación tópica o por contaminación de hembras grávidas donde la larva a pesar de que se forma completamente no es capaz del todo de romper las paredes del huevo (64).

Además de la inhibición en la formación de la síntesis de quitina también existe a la vez una acumulación del precursor UDP-GIc-NAc(65)

Efecto de diflubenzurón en insectos
Figura 16.- efecto de diflubenzurón en insectos. https://www.garrards.com.au/technical-tips/241-starycide-for-cockroach-silverfish-or-flea-control-programs

Toxicidad en humanos

La genotoxicidad de este insecticida se investigó por medio de pruebas in vivo, de los cuales se arrojaron resultados negativos (5), sin embargo existe la posibilidad de methemoglobinemia, aunque no existen reportes de esto en humanos (66), de lo mencionado se puede decir que este insecticida es prácticamente inofensivo para el humano.

Tebufenozoide  

Este compuesto agrupado como benzoil hidracinas, actúa contra la hormona de la muda a nivel molecular principalmente en lepidópteros, lo que da como consecuencia, variaciones hormonales no solo en insectos, si no, también en crustáceos (67,68).

Se considera un insecticida muy amigable (69), sin embargo, debido a esto, no es degradado por muchos insectos.

Estructura química

La fórmula del tebufenozoide es C22H28N2O2, siendo capaz de descomponerse antes de la temperatura de ebullición y con una LD50 >5000mg/kg, además de no ser irritante.

Este compuesto se sintetiza (Figura 17) substituyendo en primer lugar al cloruro aryloxyoxalyl (II) , el cual se prepara por distintas reacciones de diferentes esteres de hidoxibenzoatos  con cloruro oxalyl en diclorometano empleando a la piridina como receptor ácido; posteriormente el intermediario reacciona con el que será el tebufenozoide, posteriormente usando hidruro de sodio como alcalí se obtiene una substitución de carboxilato (III). El nuevo derivado N-oxalyl contiene substitutos de ácido carboxílico, formando así el nuevo compuesto (Figura 18).

Reacción de síntesis de tebufenozide
Figura 17.- reacción de síntesis de tebufenozide. Mao, C. H., Wang, Q. M., Huang, R. Q., Bi, F. C., Chen, L., Liu, Y. X., & Shang, J. (2004). Synthesis and insecticidal evaluation of novel N-oxalyl derivatives of tebufenozide. Journal of agricultural and food chemistry, 52(22), 67376741.

Tebufenozide
Figura 18.- tebufenozide. Retnakaran, A., Gelbic, I., Sundaram, M., Tomkins, W., Ladd, T., Primavera, M., … & Krell, P. (2001). Mode of action of the ecdysone agonist tebufenozide (RH‐5992), and an exclusion mechanism to explain resistance to it. Pest management science, 57(10), 951-957., c

Modo de acción

Es un insecticida considerado de ingestión y en una menor medida de contacto, actuando como regulador de crecimiento considerándose agonista no esteroide de la ecdisoma, causando que el proceso de muda no se efectúe por completo (70), como en el caso de larvas de lepidóptero que induce el proceso precoz de la muda. Para explicar esto, la hormona 20E, tiene un pico de actividad durante cada estadio (Figura 19), expresando así los genes involucrados en el ciclo de la muda, el tebufenozide imitará la actividad del ecdisteroide formando una esclerotización incompleta (Figura 20) (5).

No eleva los contenidos endógenos de la ecdisoma, sino que actúa directamente sobre los tejidos, principalmente en los estadios L1-L4, sin embargo, el insecto al no estar preparado, las larvas dejan de alimentarse y mueren; además de esto, diversos mecanismos regulados por la ecdisona se ven igualmente perturbados.

Ecdisona en cada estadio
Figura 19.- 20 Ecdisona en cada estadio. Extraída de: https://leuzea.ru/leuzea_ecdysteroids.htm

Inhibición de escloratización en larva
Figura 20.-inhibición de escloratización en larva. Extraído de: .- Retnakaran, A., Gelbic, I., Sundaram, M., Tomkins, W., Ladd, T., Primavera, M., … & Krell, P. (2001). Mode of action of the ecdysone agonist tebufenozide (RH‐5992), and an exclusion mechanism to explain resistance to it. Pest management science, 57(10), 951-957., c

Toxicidad en humanos.

No existe genotoxicidad a este insecticida, además que no se presentan casos de envenenamiento en humanos (5), sin embargo, con una sobreexposición aguda se llega a presentar midriasis, es decir, dilatación de la pupila, ataxia, temblores musculares, náuseas, vómitos, irritación dermal y ocular (71).   

CONCLUSIONES

El grupo de los insecticidas misceláneos, al tener integrantes con distintos mecanismos de acción fungen una importante y variada opción para el control de plagas tanto agrícolas como de importancia médica, sin embargo, se debe tener un uso responsable de los mismos, ya que puede dar en la generación de resistencia a los mismo en caso de una aplicación continua, mala práctica al no conocer la metodología correcta o no analizar los mecanismos de defensa de los organismos en donde se busca el efecto deseado de control, por otro lado, no solo se debe tomar en cuenta el organismo blanco, ya que pueden existir daños colaterales en caso de que no tomen en cuenta las precauciones que cada insecticida.

Dejando de lado las precauciones de estos compuestos, son una gran opción para poder implementar un plan de manejo de plagas, debido a sus modos y mecanismos de acción específicos, sin embargo, realizar un análisis detallado del tipo de plaga que se desea controlar, siempre es estar un paso adelante para evitar efectos no deseados.

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Alfonso Juárez Olvera y López Ortiz Oscar Emiliano. Universidad Autónoma de Nuevo León. Facultad de Ciencias Biológicas.

Resumen

El empleo de insectos posee potenciales aplicaciones en la industria biotecnológica y alimenticia, ya que las propiedades características de la fisiología de diversas especies, así como de los órganos altamente especializados que poseen, permite que puedan ser empleados como una alternativa al uso común que se posee en la actualidad de microorganismos dentro de la industria, ya que las características de la especie particular permite obtener moléculas útiles para mimetizar

Introducción

Los insectos son la clase animal taxonómica más diversa de la tierra, colonizando casi todos los nichos ecológicos del planeta. Para sobrevivir en varios hábitats, los insectos han establecido diversos sistemas biológicos y químicos para la producción de moléculas de defensa, proteínas estabilizadoras o enzimas líticas [1]. Los componentes principales para estos sistemas son enzimas que les permiten a los insectos alimentarse de diferentes fuentes nutritivas. El uso de estas enzimas para aplicaciones tales como el área alimenticia y el área industrial ha obtenido gran importancia para su estudio [1].

Ejemplos prominentes de enzimas derivadas de insecto son, peptidasas, amilasas, lipasas y β-D-glucosidasas. Las peptidasas altamente potentes sirven para la degradación del gluten, una proteína de almacenamiento que puede causar trastornos intestinales, pueden ser recibidas de plagas de granos [2].

Insectos de corteza, escarabajos ambriosa y termitas, son capaces de alimentarse de la madera de los árboles. En el campo de la biotecnología blanca, sus sistemas enzimáticos celulolíticos, principalmente de endo-1,4-β-D-glucanasas y β-D-glucosidasas, pueden emplearse para la sacarificación del polímero más prominente sobre la tierra, celulosa [2].

Enzimas en la industria alimenticia

Las enzimas son herramientas indispensables para la producción de varios productos alimenticios así también para la síntesis de aditivos, vitaminas y saborizantes. Las enzimas juegan un papel crucial en la conservación de comida, la eliminación de componentes tóxicos o factores no nutritivos [3].

El aumento de personas que sufren intolerancias o alergias, ha liderado la búsqueda de enzimas con nuevas propiedades en un campo fértil de investigación para la solución de estos problemas [3].

Hasta ahora las enzimas utilizadas en la producción de alimentos han sido obtenidas de bacterias, hongos, plantas y mamíferos.

Tabla 1 Habilidad de los insectos para hidrolizar proteínas de alimentos en zimogramas

Plaga de granoCaseínaGlutenProteína del arroz
Alphitobius diapernius++n.d.
Oryzaephilus surinamensis+++
Rhizopertha dominica++n.d.
Sitophilus granariesn.d.n.d.+
Tenebrio molitor+++
Tribolium castaneum+
+ positivo, – negativo, n.d. no determinado Fuente: Mika, N., Zorn, H., & Rühl, M. (2013). Insect-derived enzymes: a treasure for industrial biotechnology and food biotechnology. In Yellow Biotechnology II (pp. 1-17). Springer Berlin Heidelberg.

Plagas de granos

Los Coleópteros (escarabajos) representan la mayor biodiversidad de todas las criaturas. Las plagas de cereales en particular están distribuidas a nivel mundial. Con un ciclo de vida corto de sólo 3-4 semanas, muchas plagas de granos son fáciles de mantener en el laboratorio [3]. Debido a que las plagas de granos dependen de las mismas fuentes de alimento que los seres humanos, sus estrategias para digerir las proteínas de la semilla pueden ser copiadas, como para la producción de alimentos sin gluten [4].

El grupo de plagas de granos incluye Sitophilus granariusRhizopertha dominicaOryzaephilus surinamensisAlphitobius diaperinus y Tribolium castaneum (Figura 1).

Las plagas de granos producen varias hidrolasas, incluyendo glicosidasas y peptidasas, para la degradación de carbohidratos y proteínas de almacenamiento, para satisfacer su demanda de carbono y nitrógeno [5]. Se ha detectado actividad de α-amilasa en plagas de granos diferentes, como Helicoverpa armigeraEurygaster integriceps, y en el bien estudiado T. castaneum [5].

Además, se han descubierto varias exo y endo-peptidasas en numerosos insectos que se alimentan de cereales: tripsina y quimotripsina tipo peptidasas en Plodia interpunctell, una cisteína peptidasa en Tenebrio molitor, y serina peptidasas en Prostephanus trunca. Una de las plagas de grano mejor caracterizadas es el gusano amarillo de la harina, T. molitor [5].

Ejemplos de pestes de grano
Figura 1 ejemplos de pestes de grano: S. granaries (a), R. dominica (b), O. surinamensis (c) y T.castaneum (d) Fuente: Mika, N., Zorn, H., & Rühl, M. (2013). Insect-Derived Enzymes: A Treasure For Industrial Biotechnology And Food Biotechnology. In Yellow Biotechnology II (Pp. 1-17). Springer Berlin Heidelberg

Enzimas degradadoras de gluten.

La enfermedad celíaca es un trastorno intestinal causado por una respuesta inmune no controlada sobre el gluten de trigo y proteínas similares,

tales como avena, centeno y cebada. Los síntomas típicos incluyen diarrea, desnutrición y trastornos del crecimiento. Debido a que la enfermedad celiaca se diagnostica en infantes por la ingesta de cereales, los productores de alimentos para bebés deben de ofrecer una gama sin gluten, la cual es bastante limitada, por eso representa un papel importante la búsqueda de enzimas de interés alimentario [6].

Las posibilidades de degradar los péptidos relevantes para la enfermedad celíaca se han demostrado en una serie de estudios. Se ha discutido la hidrólisis de las proteínas asociadas a la enfermedad celíaca con enzimas del ascomiceto Aspergillus niger y de los cereales germinados. Aunque una hidrólisis parcial de los péptidos de interes se logró, peptidasas más eficaces y específicos son necesarios. Una conclusión obvia es centrarse en los insectos, como las plagas de granos, cuya fuente de alimento son las proteínas de almacenamiento de granos de cereales [7].

En estudios recientes se ensayaron los extractos enzimáticos de las plagas de grano: A. diapernius, S. granary, T. castaneum, T. molitor, O. surinamensis y R. dominica para determinar su capacidad para hidrolizar caseína, gluten, seroalbúmina bovina y proteína de arroz (Tabla 1)

Para localizar las actividades de la peptidasa, se comparó la capacidad de los insectos para hidrolizar las proteínas alimentarias entre los escarabajos desvenados y completos (Figura 2).

  1. molitores una de las plagas de granos mejor examinadas. Por lo tanto, las peptidasas digestivas deT. molitor se encuentran altamente estudiados. La digestión de las proteínas de almacenamiento en larvas de T. molitor ocurre en el intestino medio. Los estudios de Vinokurov et al. [8] y Elpedina y Goptar [9] revelaron un fuerte gradiente de pH de 5.6 en el intestino medio anterior (AM) a 7.9 en el intestino medio posterior (PM), y las enzimas digestivas se disponen a su pH óptimo en la AM o PM. De acuerdo con su pH óptimo, las cisteínas peptidasas y las glicosidasas se encuentran principalmente en la AM, mientras que las serina peptidasas se encuentran preferiblemente en la PM.

En resumen, varios estudios se centran en las enzimas derivadas de insectos para la degradación del gluten, y varias enzimas se han caracterizado. Sin embargo, ninguna se ha comercialización hasta ahora. Por esa razón, otros estudios que se centren en nuevas enzimas de insectos son de especial interés.

Comparación de extractos enzimáticos obtenidos de escarabajos desvenados
Figura 2 Comparación de extractos enzimáticos obtenidos de escarabajos desvenados (1,3) y completos (2,4), O. surinamensis (1,2) y R. dominicana (3,4). Los zimogramas contienen proteínas de arroz (a) y gluten(b). Fuente: Mika, N., Zorn, H., & Rühl, M. (2013). Insect-derived enzymes: a treasure for industrial biotechnology and food biotechnology. In Yellow Biotechnology II (pp. 1-17). Springer Berlin Heidelberg.

Amilasas

Las amilasas, en especial α-amilasa (EC. 3.2.1.1), pertenecen a las enzimas digestivas más importantes. Se emplean para la degradación del almidón en el mosto, la fabricación de productos de panadería y la producción de glucosa y otras especialidades azucareras [10].

En la literatura, se pueden encontrar muchos estudios sobre amilasas aisladas de insectos o especies asociadas a insectos. Mehrabadi et al. [11], por ejemplo, determinaron y caracterizaron la actividad a-amilasa de diversas plagas de granos, tales como S. granarius y R. dominica. Otras amilasas fueron descritas por Saadati Bezdi et al. [12]. Caracterizaron el sistema enzimático de las glándulas salivales de E. integriceps e identificaron dos α-amilasa.

Tabla 2: Condiciones óptimas de β-glucosidasas derivadas de insectos

OrganismopHT [°C]KmV
Termitas
Coptotermes formosanus5.6-6.249n.d.n.d.
Macrotermes barneyi5.050n.d.n.d.
Nasutitermes takasagoensis5.565n.d.n.d.
Neotermis koshunensis5.0503.8 mM *3.8 mM *
Neotermis koshunensis5.0500.77 mM **0.77 mMa **
Reticulitermes flavipes7.0n.d.1.44 ± 0.14 mM ***1.44 ± 0.14 mM ***
Escarabajos    
Bombyx mori6.035n.d.n.d.
Rhynchophorus palmarum5.0500.31 mMn.d.
*220 lmol min-1 mg-1,** 16 lmol min-1 mg-1ª, 638.0 ± 39.0 lmol min-.  Fuente: Mika, N., Zorn, H., & Rühl, M. (2013). Insect-derived enzymes: a treasure for industrial biotechnology and food biotechnology. In Yellow Biotechnology II (pp. 1-17). Springer Berlin Heidelberg

Enzimas de Insectos para la Biotecnología Industrial

La biotecnología industrial (biotecnología blanca) utiliza enzimas o microorganismos para mejorar procesos industriales ya existentes o para desarrollar nuevos productos y procesos demandados por el mercado. Los recursos renovables más importantes son los polímeros vegetales, particularmente la lignocelulosa que representa el principal compuesto de plantas leñosas [13].

La liberación de azúcares fermentables a partir de lignocelulosas (por ejemplo madera y paja) para la producción de diversos productos químicos tales como etanol, butanol o ácidos orgánicos es una de las principales áreas de investigación en la biotecnología blanca [14].

Uno de los pasos más importantes hacia productos valiosos de la lignocelulosa es el ataque inicial del polímero complejo y reticulado. Para ello se necesitan enzimas oxidativas e hidrolíticas.

El biopolímero más abundante en la tierra es la celulosa. Se encuentra en las paredes celulares de plantas herbáceas y en plantas leñosas junto

con hemicelulosa y lignina. En la naturaleza, la lignocelulosa se degrada principalmente por hongos filamentosos. Tienen un eficiente sistema enzimático oxidativo capaz de degradar el polímero lignocelulósico completo en fuentes de nitrógeno y carbono consumibles [15].

La degradación ambiental de las lignocelulosas por hongos superiores es un proceso eficiente pero muy tedioso.

Los insectos que se alimentan de madera dependen de procesos metabólicos significativamente más rápidos. Esto genera muchas esperanzas en las características bioquímicas y catalíticas de las enzimas de los insectos, y que puedan acelerar la descompresión de las lignocelulosas en futuros conceptos de bio-refinería [15].

Varios insectos, los escarabajos de ambrosía y las termitas, son capaces de alimentarse de la madera (xilófagos). A pesar de que esto sea información ya conocida durante siglos, sus sistemas digestivos todavía en gran medida quedan por aclarar [15].

En particular, el aparato enzimático necesario para la oxidación de la lignina y la hidrólisis de la celulosa es sólo marginalmente comprendido. Una razón podría ser las diversas fuentes de las enzimas clave, que pueden ser producidas por microorganismos, por hongos simbióticos cultivados por los insectos, o por los propios insectos como enzimas endógenas [16].

Recientemente, los estudios con transcriptoma revelaron conocimientos sobre los genes activos de la celulasa de los insectos. Las celulasas más prominentes son endo-1,4-β-D-glucanasas y β-D-glucosidasas. Una endo-1,4-β-D-glucanasa de termitas inferiores Reticulitermes flavipes se expresó heterólogamente en un sistema de expresión de baculovirus [17]. La enzima mostró una actividad óptima contra la carboximetilcelulosa (CMC) a pH 6,5-7,5 y 50-60ºC. Una β-glucosidasa recombinante derivada del mismo organismo mostró la mayor actividad contra celobiosa a pH neutro y demostró una buena estabilidad hasta temperaturas de 40ºC. Otra β-glucosidasa de la termitas Neotermis koshunensis mostró una actividad ligeramente superior contra el laminaribiose que contra la celobiosa, con una temperatura óptima de 50ºC y un pH óptimo de 5,0. La β-glucosidasa de la termitas superiores Nasutitermes takasagoensis, expresada heterólogamente en Pichia pastoris, mostró actividades similares contra la celobiosa y el laminaribiose, pero alcanzó su máxima actividad a 65ºC y pH 5,5. La mayoría de las β-glucosidasas se caracterizaron por un pH óptimo en el intervalo de pH ligeramente ácido de 5,0-6,0 (Tabla 2), aunque el pH en el intestino de termitas varía entre pH 6 y 10 [5, 18].

Enzimas oxidativas

En un estudio realizado por Geib et al. [19], el escarabajo asiático A. glabripennis y el termitero del pacífico del Pacífico Zootermopsis angusticollis fueron alimentados con madera de roble y de pino, respectivamente. Ambos insectos podrían alterar dramáticamente las características químicas y físico-químicas de la lignina de la madera blanda y de la madera dura. Los autores observaron oxidación de cadena lateral, hidroxilación y desmetilación de los monómeros de lignina, guayacol y siringol.

Muy probablemente, las peroxidasas degradantes de la lignina (LiP, MnP, VP o DyP) son producidas por organismos simbióticos y no por los mismos insectos. Por otro lado, las lacasas, que también son más prominentes en hongos filamentosos, se producen en insectos [19].

Las lacasas también están presentes en el sistema intestinal de insectos, como en la termita R. flavipes. Se identificaron dos lacasas, expresadas y caracterizadas heterólogamente. Ambas laccasas comprenden todos los lados laccasespecíficos de unión al cobre (T1, T2 y T3), pero no mostraron actividad contra los sustratos generales de lacasa ABTS y syringaldazina. Ambas lacasas mostraron un aumento en la actividad cuando se añadió peróxido de hidrógeno, revelando una actividad de fenol oxidasa dependiente de peróxido [19]. Las aplicaciones potenciales de lacasas son amplias. Pueden emplearse para la producción de tableros de fibras de densidad media, para la decoloración de colorantes o para la clarificación de jugos [20].

Expresión de proteínas heterologas en células de insectos.

Las células de insectos, al ser células eucariotas tienen la capacidad de realizar modificaciones post-traduccionales a las proteínas, debido a esto los cultivos de células de insectos representan una plataforma factible para la expresión de proteína heterologas. El empleo células de insectos para la expresión de proteínas heterologas empieza a partir de la síntesis exitosa de baculovirus recombinantes.

El primer reporte de producción de interferón humano en células de mariposa fue publicado en 1938, en el cual se presenta un sistema que permite la expresión de un gen de interés con la ayuda de virus patogénicos de insectos, el punto principal de dicha estrategia es que estos baculovirus producen polihedrina, la cual no es esencial para la replicación del virus y es producida en cantidades mayores al 70% del contenido total de proteína celular. Utilizando el promotor fuerte de la polihedrina, se reemplazó el DNA viral por el cDNA del interferón humano siendo posible obtener un rendimiento de 5mg/L de cultivo celular [21].

Replicación de baculovirus en larvas de lepidóptero
Figura 3. Replicación de baculovirus en larvas de lepidóptero. [23]   Existen aproximadamente 500 líneas celulares de insectos establecidas de  Lepidópteros y Dípteros, mientras que cerca de 100 a partir de otros insectos. Las líneas células de insectos convencionales son derivadas de Spodoptera frugiperda, Trichoplusi ni y Drosophila melanogaster [22], estas células pueden ser utilizadas para la producción de virus o posterior a la infección con baculovirus para la producción de proteínas recombinantes.

Existen aproximadamente 500 líneas celulares de insectos establecidas de  Lepidópteros y Dípteros, mientras que cerca de 100 a partir de otros insectos. Las líneas células de insectos convencionales son derivadas de Spodoptera frugiperdaTrichoplusi ni y Drosophila melanogaster [22], estas células pueden ser utilizadas para la producción de virus o posterior a la infección con baculovirus para la producción de proteínas recombinantes.

Para que los baculovirus sean empleados como vector para la producción de proteínas recombinantes, el gen de interés debe insertarse próximo a un promotor potente sin afectar la replicación del virus, dicho promotor en la plataforma descrita corresponde al promotor de la polihedrina. Debido a la longitud del genoma de los baculovirus, no es práctico integrar directamente el DNA de interés, es por ello que variedad de vectores de transferencia se ofrecen comercialmente [24], dichos vectores comprenden un promotor, un sitio de clonación para la inserción del gen, una señal de terminación, una región que delimita el DNA viral y un sitio para la unión de un transposon bacteriano, adicionalmente la adición de un péptido señal permite la recuperación de la proteína secretada directamente del medio. El sistema Bac-to-Bac ofrecido por Invitrogen fue la primer plataforma disponible comercialmente para la expresión de proteínas heterologas en células de insectos [25]. Dicho sistema comprende el uso de un bacmido que contiene el genoma viral y un plásmido de transferencia pFastBac que contiene el genoma de interés específico el cuál será insertado posteriormente.

Sistema de expresión de baculovirus Bac-to-Bac
Figura 4. Sistema de expresión de baculovirus Bac-to-Bac (Invitrogen.[23]

La plataforma de expresión en baculovirus se ha utilizado para la producción de 5 vacunas humanas o productos veterinarios para el año 2012, entre ellas Boehringer Ingelheim’s CircoFLEX para el Circovirus porcino Tipo 2 y GSK’s CERVARIX para el tratamiento del virus del papiloma humano [26].

Biosensores

Los biosensores son sistemas que emplean componentes orgánicos tales como células, proteínas, organelos, u organismos completos acoplados a un dispositivo tecnológico.  Combinando transudctores físico o químicos con sensores biológicos es posible reproducir la capacidad de sensores naturales. El papel del transductor es convertir la interacción biológica o química y el analito en una respuesta física o química que genere una señal de salida cuantificable.

Biosensores basados en el olfato de los insectos han sido desarrollados a partir de las antenas, esto debido a que se encuentran entre los órganos más sensibles y selectivos químicamente en el reino animal[27]La combinación de un órgano de insecto altamente especializado y operativo bioquímicamente con dispositivo de procesamiento electrónico permite la detección de compuestos volátiles en la atmosfera. Debido a que diversas especies de insectos se encuentran en la mayoría de los ecosistemas del mundo y se encuentran adaptados a diversas interacciones con el ambiente basadas en el olfato la cantidad potencial de aplicaciones que posee es muy alta.

El método mayormente empleado para la cuantificación de la recepción de compuestos volátiles por insectos es la electroantenografía, reportada por primera vez en 1955 [28]. En estos dispositivos las antenas de los insectos son conectadas a 2 electrodos y 2 señales eléctricas son cuantificadas cuando el analito es recibido, los eventos de despolarización en la superficie de la dendrita genera un nanovoltaje que debe ser filtrado y amplificado para medir la señal.

Conexión de una Electroantenografía y medición
Figura 5- Conexión de una Electroantenografía y medición [29].

Los electrodos son unidos al tejido utilizando soluciones salinas, previniendo de esta manera la deshidratación o el saneamiento de los tejidos dañados, permitiendo así la medición de las señales producidas por la antena.

Se ha empleado el acoplamiento de la antena aislada del escarabajo de la papa de colorado en un transistor de efecto de campo, al aplicar aire cargado de un compuesto especifico se obtiene una casacada bioquímica dentro de la antena permitiendo la formación de potenciales eléctricos a través de la membrana celular los cuales inducen una variación en la conductancia dependiente de la concentración particular del compuesto. Se ha desarrollado un sensor basado en la antena de Melanophila acuminata que

permite la detección de los componentes presentes en el humo provenientes de la pirolisis de la lignina como el guajacol, sin embargo la combustión del combustible fósil no genera las mismas señales bioquímicas, de esta manera es posible diferencias por medio de dicho sensor el origen del fuego [29].

Una de las limitantes de la electroantenografía es que se requiere la pureza de las sustancias a analizar para obtener mediciones exactas debido a que las reacciones de todas las neuronas antenales son medidas simultáneamente [30].

Leptinotarsa decemlieata tiene la capacidad de diferenciar por vía olfatoria plantas de papa infectadas con Phytophtora infestans, plantas con daño mecánico por prácticas agrícolas y plantas infestadas por L. decemlieata, ello debido a que las plantas de papa emiten distintas escancias cuando los escarabajos se alimentan de ella comparado a si se encuentra infectada por hongos o si tiene daño mecánico, estos compuestos marcadores pueden ser detectados aún en bajas concentraciones y reconocidas a largas distancias de la fuente de emisión por L. decemlieata, uno de estos compuestos es el 2-phenylethanol  su concentración se correlaciona con el tipo de daño [31]Esta estrategia es empleada para aplicar medidas químicas profilácticas si los niveles detectables representan un riesgo económico para la producción del cultivo.

Es posible desarrollar biosensores para la localización de cadáveres así como también para la estimación del intervalo post-mortem. Calliphora vicina tiene presencia en las etapas iniciales, tardías e incluso en la descomposición avanzada [32], convirtiendo a dicha especie en una opción factible para el desarrollo de un biosensor de este tipo.  Dicho sistema también es posible aplicarlo en la industria alimenticia, con el fin de detectar carne en proceso de descomposición, debido a la producción que genera de compuestos sulfurados volátiles [33].

las funciones que realizan en su entorno natural y trasladarlo a la industria.  Así mismo la capacidad de acoplar órganos de insectos a dispositivos electrónicos permite el desarrollo de herramientas que tengan como función la detección de compuestos específicos.

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Paratransgénesis: Simbiontes al ataque.

Arce-Martínez Samantha, Rodríguez, Ceballos Dalia, Garza-Cabrales Jeannete Elizabeth, Núñez-Ramírez Francisco Freinet.

RESUMEN

La aparición de resistencia por parte de insectos a toda clase de insecticidas ha ocasionado grandes pérdidas económicas tanto para el sector salud como para el sector agrícola. En las últimas décadas, ha existido una escasez de nuevos formulados químicos capaces de remplazar a los formulados viejos, y cuando estos nuevos formulados llegan a aparecer en el mercado, los insectos blanco no tardan en desarrollar una resistencia hacia ellos, volviéndolos inútiles poco después de su primera aplicación. Con el advenimiento de la ingeniería genética, nuevas tecnologías se encuentran a nuestra disposición para hacerle frente a esta dificultad. La paratransgénesis nos ofrece una alternativa a todos los problemas de resistencia a insecticidas que existen actualmente en el mundo. No obstante, la paratransgenesis enfrenta grandes retos. El objetivo de este trabajo es dar a conocer el impacto que puede tener la paratransgénesis de insectos como método alternativo de control.

INTRODUCCIÓN

El uso descontrolado e irresponsable de insecticidas para el control de insectos vectores de enfermedades, así como para el control de plagas agrícolas, ha traído consigo un problema de dimensiones inimaginables. La aparición de resistencia por parte de insectos a toda clase de insecticidas ha ocasionado grandes pérdidas económicas tanto para el sector salud como para el sector agrícola. En las últimas décadas, ha existido una escasez de nuevos formulados químicos capaces de remplazar a los formulados viejos, y cuando estos nuevos formulados llegan a aparecer en el mercado, los insectos blanco no tardan en desarrollar una resistencia hacia ellos, volviéndolos inútiles poco después de su primera aplicación. Todo lo antes mencionado nos lleva a que es necesario el desarrollo de nuevas estrategias de control para reducir la transmisión de enfermedades por aquellos insectos vectores, así como para asegurar el bienestar de los cultivos agrícolas (20). Con el advenimiento de la ingeniería genética, nuevas tecnologías se encuentran a nuestra disposición para hacerle frente a esta dificultad. La paratransgénesis nos ofrece una alternativa a todos los problemas de resistencia a insecticidas que existen actualmente en el mundo. Lo que se busca es reducir o completamente anular la competencia del insecto modificando genéticamente organismos simbiontes a éste. El esparcimiento de estos simbiontes modificados en la población de un insecto se da por vía materna o bien por coprofagia (12).

El objetivo de este trabajo es dar a conocer el impacto que puede tener la paratransgénesis de insectos como método alternativo de control. Además de informar las perspectivas que se tienen en el área y los desafíos que existen. Una única estrategia no basta para el control de insectos plagas y vectores, será la combinación de muchas metodologías, nuevas y tradicionales, las que nos lleven a lograr el éxito.

INSECTOS TRANSGÉNICOS VS PARATRANSGÉNESIS EN INSECTOS

Los insectos transgénicos prometen ser una gran herramienta para el área médica, farmacéutica y de salud pública. Los avances en el desarrollo de tecnologías moleculares nos han permitido transformar de manera rutinaria diferentes organismos relevantes en este caso insectos, estos desarrollos permiten la generación de ideas que ayuden a combatir plagas, enfermedades, o evitar la transmisión por vectores (31).

El inicio de los insectos transgénicos se dio a finales de los 60´s donde se modificó a Drosophila donde se inició el desarrollo estratégico de la creación de un insecto genéticamente modificado, para el 2000 un mosquito transgénico, y para el 2010 se realizaron pruebas de campo de estos (25).

Pero aun cuando actualmente tenemos las herramientas necesarias para producir un

organismo genéticamente modificado, hay muchos detalles a considerar antes de poder liberarlos , un aspecto importante el fitness que presentan los organismos liberados es más bajo a los silvestres debido a que estos al estar en condiciones de  laboratorio se seleccionan características que no coinciden con las poblaciones silvestres (13), además conocer el mecanismo de acción del gen, como la estabilidad del gen insertado en las siguientes generaciones, y conocer de las múltiples subespecies del insecto a modificar (47).

Aun cuando el camino para desarrollar nuevas técnicas funcionales para el control de insectos que puedan causar algún problema a la sociedad ha sido largo, la sociedad aún no está preparada para aceptar un organismo transgénico y es aquí que observamos los problemas éticos, legales y los problemas sociales que detienen estos procesos.

 Por las razones mencionadas anteriormente la comunidad científica está interesada en la técnica de la paratransgénesis la cual consiste en el uso de bacterias simbióticas para expresar moléculas que actúen dentro del organismo de interés. La bacteria simbionte es genéticamente modificada para expresar alguna molécula que cause algún efecto en el organismo al cual será reintroducido el simbionte (Fig. 1), Esta técnica se planteó por primera vez en 1997 por el M.D. Ravi V. Durvasula y colaboradores, donde  buscaban expresar una molécula antiparasitaria (Ceropina A, péptido letal para el parasito Trypanosoma cruzi)  mediante una bacteria simbionte de insectos trasmisores de enfermedades en este caso Rhodnius prolixus vector de la enfermedad de Chagas (12). Esto es desencadenó el uso de esta técnica para modificar insectos de importancia en diferentes ámbitos, pues se han realizado trabajos con el objetivo de disminuir la población de mosquitos de los géneros de Anopheles, Aedes y Culex (47), entre otros organismos de importancia médica y agrícola.

BACTERIAS, HONGOS Y VIRUS SIMBIONTES EN INSECTOS

En los últimos años los conceptos de microbioma y viroma se han popularizado en la comunidad científica. Cada vez existe más evidencia que las bacterias, hongos y virus juegan un papel muy importante en diversos procesos metabólicos de los organismos. En los insectos no es diferente. Bacterias simbiontes se han encontrado en muchos insectos. La eliminación de estos simbiontes obligatorios resultaría en una pérdida de fitness muy grande para el insecto (47).

Paratransgénesis
Figura 1. La paratransgénesis consta de modificar genéticamente simbiontes del insecto de interés para que exprese algún gen que codifique para alguna molécula con propiedades insecticidas o propiedades benéficas para el insecto, al ser reintegrado en el insecto. Modificada de (13).

Quizá el ejemplo más conocido de una bacteria simbionte de insectos lo pueda ofrecer WolbachiaWobachia es una bacteria intracelular gram negativa que puede ser encontrada en las vacuolas citoplásmicas de insectos, isópodos, ácaros y nematodos (28,45). La literatura está repleta de numerosos reportes utilizando a Wolbachia como un método de control biológico. Recientemente LePage et al. (2017) y Beckmann et al. (2017) mostraron evidencia de los mecanismos moleculares que subyacen en la incompatibilidad citoplásmica (IC) característica de la cruza de un macho infectado con Wolbachia y una hembra no infectada. Ellos reportan por primera vez la identificación de genes de Wolbachia responsables de la IC aun cuando la IC tiene más de 45 años de haber sido descubierta (19).

Además de las bacterias, los hongos son organismos también muy útiles en lo que respecta a la paratrangénesis en insectos. Éstos tienen ciertas ventajas sobre las bacterias, ya que, a diferencia de ellas, los hongos pueden sobrevivir por mucho tiempo a las condiciones ambientales como esporas, y pueden infectar al insecto sin necesidad de ser consumido por éste, sino directamente a través de la cutícula (44).

Virus simbióticos pueden servir como otra alternativa a la paratransgénesis. Densovirus, por ejemplo, ya son modificados genéticamente para expresar moléculas que reduzcan la competencia del insecto. Estos virus son vectores adecuados para la expresión de genes extraños en los mosquitos debido a que son altamente específicos, ambientalmente estables, matan a las larvas de los mosquitos de una manera dosis dependiente, disminuyen la vida de los adultos supervivientes y se transmiten verticalmente (7,8).

PARATRANSGÉNESIS EN INSECTOS CAUSANTES DE PLAGAS AGRÍCOLAS

El estudio e interés en microorganismos simbiontes para el control biológico de plagas ha crecido en los últimos años (15), esto es debido principalmente a la creciente necesidad de optar por otras tecnologías, además de las químicas, que contribuyan en disminuir el creciente número de pagas resistentes a pesticidas. En este sentido, se ha puesto mayor énfasis a las bacterias como método de control, debido a que estas tienen pueden intervenir en varios estadios del ciclo de vida de los insectos principalmente en la etapa reproductiva, es por esto que se les ha dado el nombre de “parásitos reproductivos”, que de manera general se puede definir como aquellas bacterias simbióticas que afectan la reproducción del hospedero (32), entre estas se incluyen especies del genero Wolbachia, Ricketssia, Arsenophonus, Cardinium, Flavobacterium Spiroplasma; de las cuales se hay mayor número de investigaciones del genero Wolbachia, la cual tiene la capacidad de infectar 20-70%de los insectos y entre sus excepciones se encuentra en el orden Phthiraptera. Arsenophonus ha sido reportado en 11% de 36 especies de insectos, Cardinium en 6% de 99 especies de artrópodos (11).

Uno de los principales vectores de interés para la aplicación de la técnica de paratransgénesis, corresponde a Homalodisca vitripennis (Fig. 2) perteneciente al orden Hemiptera (27), ya que es el principal vector de Xylella fastidiosa una bacteria gram negativa que causa múltiples enfermedades  en los cultivos como, la enfermedad  de Pierce en cultivos de uva, clorosis variada en cítricos (CVC, por sus siglas en inglés, se muestra en la figura 3), enfermedades en los cultivos de durazno, marchitamiento y enfermedad de quemadura de hojas ciruela, olmo, arce y café, principalmente (4).

Homalodisca vitripenni
Figura 2. Homalodisca vitripenni, principal vector de Xylella fastidiosa. Tomado de: (22).

Este insecto adquiere el patógeno al momento de su alimentación ya que este se encuentra inmerso en el xilema de plantas afectadas, y al momento de que el vector termina su alimentación y procede a alimentarse de otra planta, transmite el patógeno, infectando así nuevas plantas (33). Es por esto que se han propuesto múltiples técnicas que contribuyan a la disminución de este agente patógeno, entre ellas la creación de cepas no patógenas de Xylella fastidiosa, transformaciones con Agrobacterium rhizogenes que vuelvan resistentes a los cultivos de uva, el aislamiento de anticuerpos para integrarlos a insectos vectores con el fin de volverlos resistentes a patógenos simbiontes (9,22,27), además de técnicas de paratransgénesis las cuales han demostrado tener eficacia y viabilidad (27); como la manipulación de bacterias endófitas, ya que estas son caracterizadas por habitar por ciertos periodos dentro de especies vegetales, sin causar ningún tipo de daño, además se han encontrado especies del genero Methylobacterium en varios cultivos de cítricos, y este género en particular ocupa el mismo nicho ecológico que X. fastidiosa en el xilema de las plantas vasculares.

Lesiones en hojas y frutos como consecuencia de la clorosis
Figura 3. Izquierda, Lesiones en hojas y frutos como consecuencia de de la clorosis.

Además las bacterias endófitas tienen la capacidad natural de actuar como protectoras en contra de patógenos de plantas, ya que se cree que pueden proveer a las pantas la resistencia a enfermedades mediante la síntesis de compuestos estructurales  como los sideroforos y enzimas extracelulares, así como la inducción y expresión de moléculas que generan inmunidad a la planta (26), en la Figura 4 se muestran los pasos generales  seguir para implementar una estrategia de paratransgénesis contra Xylella fastidiosa. Es aquí donde la técnica de paratransgénesis tiene su participación, ya que se trata de provocar una alteración genética deseada en microorganismos endófitos simbiontes que sean acarreados por insectos, de manera que, al momento de que el vector se alimente de la planta transmitirá las bacterias inocuas a plantas que no estén afectadas con el fin de brindarles inmunidad contra patógenos; además en aquellas que ya presenten la infección, se espera que las bacterias endófitas eliminen a las bacterias patógenas por competencia (4); controlando así, en este caso, la transmisión de uno de los patógenos plaga que causan un gran número de pérdidas de cultivos.

La técnica de paratransgénesis también se ha aplicado como control de plaga en Dermolepida albohirtum (Fig. 5), el cual pertenece al orden Coleóptera y afecta en su estado larvario al cultivo de caña de azúcar australiana (37), posterior a la eclosión, los especímenes en sus primeros instas larvales se alimentan de materia orgánica, incluyendo las raíces delgadas, esto durante 4 semanas; en instas posteriores se alimentan de las raíces de la caña de azúcar cerca de 5 semanas. En el tercer insta se alimentan durante 3 a 4 meses y es cuando se produce mayores daños al cultivo (42). Se ha observado en estudios microbiológicos, que el intestino larval de estos escarabajos, está expuesto a una gran diversidad de microorganismos. Es por esto, que varios estudios se han centrado en la identificación y caracterización de estas; utilizando el análisis DGGE y análisis filogenéticos acompañados de técnicas moleculares, se han  identificado especies de bacterias asociadas a las larvas aun en especies geográficamente aisladas (38), se propone que estas especies de bacterias sean aisladas en cultivos puros y transformadas genéticamente para que puedan expresar compuestos que eviten la alimentación los cultivos de caña de azúcar australiana, ya que, posterior a la inserción a las larvas de los escarabajos, posteriormente podrían ser liberados y se espera que en base al fitness más alto que estos presentaran, pueda disminuir paulatinamente la población de escarabajos que afectan a la caña de azúcar (37, 38, 42).

PARATRANSGÉNESIS EN INSECTOS VECTORES

Las enfermedades transmitidas por vectores representan el 17% de las enfermedades infecciosas y provocan cada año más de 1 millón de defunciones. Los vectores son organismos vivos que pueden transmitir enfermedades infecciosas entre personas o de animales a personas. La mayoría de los vectores son insectos hematófagos. Los mosquitos son los vectores de enfermedades más conocidos después le siguen las garrapatas, moscas, flebótomos, pulgas, triatominos y algunos caracoles de agua dulce (34).

Pasos a seguir para desarrollar la estrategia de paratransgenesis como control simbionte usando bacterias endofitas, en contra de Xylella fastidiosa
Figura 4. Pasos a seguir para desarrollar la estrategia de paratransgenesis como control simbionte usando bacterias endofitas, en contra de Xylella fastidiosa.  Tomado de: (26).

Por ser una parte importante, la búsqueda de técnicas que ayuden a la disminución del vector o logren eliminar del vector el agente infeccioso, no ha parado incluso se han retomado técnicas, a las que ahora se les ve más futuro, como es el caso de la paratransgénesis. 

En cuanto a los mosquitos se ha realizado paratransgénesis en los géneros de Anopheles, Aedes y Culex, responsables de malaria, dengue y filiaríais respectivamente, las cuales son de gran importancia para la salud pública por tal motivo el desarrollo de técnicas genéticas para el control de estos ha sido el centro de atención, al buscar genes letales que disminuyan las poblaciones de estos organismos haciendo que se detenga su ciclo de vida. Un ejemplo es en Ae. aegypti que tiene como simbionte a el hongo M. anisoplia la cual fue modificada para expresar scopina una molecula que puede interferir con el dengue, asi como para An. Stephensi y An. Gambie que transmiten malaria, se modificó a sus simbionte bacteriano Pa. Agglomerans para secretar Cercopina A, SM1, Scorpine EPIP, scFVS y mPLA2 (antiplasmodium) que inhiben el desarrollo del parasito P. falciparum causante de esta infección (47).

Otro vector de importancia es la mosca de la enfermedad del sueño o Tripaniosomiasis africana, es la mayor causa de muertes en África, el cuál mediante su simbionte bacteriano Sodalis el cual fue modificado para producir un tripanocida encontrando resultados de prevalencia a la resistencia de tripanosomas del 100% por 25 años en poblaciones de la mosca tsetse (17).

La enfermedad de Chagas es causada por el protozoario Tripanosoma cruzi y es trasmitida a humanos por la chinche besucona Triatoma infestans que transmite el parasito al humano vía fecal, este insecto es endémico de la región centro y sur de América. Un simbionte de este insecto esR. rhodnii la cual fue transformada para expresar AMP ceropina A, como resultados obtenidos el 65% de los insectos examinados quedaron libres de T.cruzi el restante quedó con un número reducido de parásitos (24).

DESAFÍOS Y PERSPECTIVAS DE LA PARATRANGÉNESIS EN INSECTO

A pesar del éxito en la transformación de vectores en simbiontes de insectos, no se sabe si los simbiontes transformados pueden substituir a los no transformados en poblaciones naturales de insectos y con ello afectar potencialmente el desarrollo y la transmisión del patógeno en su hábitat natural (2).

Dermolepida albohirtum
Figura 5. Dermolepida albohirtum, plaga de caña de azúcar australiana. Tomado de: (42).

Aunque se han realizado estudios de la microbiota de insectos silvestres, la identificación completa de las poblaciones que allí residen todavía está en desarrollo (3,10, 14, 18, 30, 36, 39, 40, 43). El conocimiento de la microbiota de los insectos es esencial para que un sistema paratransgénico funcione, por lo que uno de los desafíos más importantes que enfrenta dicha tecnología es buscar e identificar virus y simbiontes bacterianos y fúngicos que no son patógenas para los seres humanos o los animales y que estén bien establecidos en los insectos problema y que se puedan transmitir a la próxima generación (6, 21, 36), ya que juegan un papel crítico en los procesos metabólicos y pueden ser vitales para erradicar a estos organismos pues colonizan sus órganos internos y otros tejidos, por lo que la eliminación de los simbiontes obligados daría lugar a una pérdida en el fitness de los insectos (disminución de la fertilidad y tasa de crecimiento lenta) (16,36). Aunque se ha identificado una gran variedad de microorganismos simbióticos en la microflora de insectos, en su mayoría bacterias, el aislamiento de estos simbiontes no es tan sencillo debido a que las técnicas existentes de cultivo no permiten aislar e identificar todos los componentes del microbioma ya que no es posible simular las condiciones requeridas para su crecimiento en un laboratorio (23). Pero gracias a las técnicas de metagenómica, los científicos comienzan a identificar cada vez de una forma más sencilla los microorganismos presentes en este microambiente.

Otro de los desafíos es explorar e idear diferentes estrategias de paratransgénesis para limitar la supervivencia o la reproducción de los insectos blanco, o para disminuir la capacidad de vectorización de patógenos de ciertas especies de insectos e incluso para aumentar la eficacia de los agentes de control biológico ya establecidos.

Para que una bacteria sea utilizada en la paratransgénesis se requieren tres componentes claves: una molécula efectora que logre el efecto deseado; un mecanismo que excrete la molécula efectora en la superficie de la bacteria; y que las bacterias puedan sobrevivir en el insecto el tiempo suficiente para producir la cantidad esperada de moléculas efectoras (41). Si las bacterias genéticamente modificadas expresan la molécula efectora pero no la excretan o la exhiben en su superficie, debe usarse un mecanismo apoptótico, lo que conduce a costos adicionales en el fitness, siendo uno de los tantos desafíos a los que se ha enfrentado la paratransgénesis. Sin embargo, si las moléculas efectoras excretadas por las bacterias pueden ser producidas continuamente, aumentarían significativamente la efectividad del sistema para transgénico (41,46).

Las llegadas de tecnologías de edición de genomas abrirán un sinnúmero de puertas en la modificación genética de simbiontes de insectos. Nuevas e ingeniosas aproximaciones se esperan en los próximos años para el control de insectos vectores y plaga. Como se mencionaba anteriormente, LePage et al. (2017) y Beckmann et al. (2017) reportaron recientemente la identificación de genes de Wolbachia responsables de la IC. El siguiente paso lógico sería la construcción de un modelo in vivo de mosquito mediante la utilización de estas nuevas herramientas de edición de genomas como el sistema CRISPR-Cas9, donde se le introduzca al mosquito estos genes de Wolbachia y se pruebe su efectividad y se compare con el efecto que produce la propia Wolbachia.

Aunque el riesgo que se prevé con el uso de insectos paratransgénicos implica la probabilidad de que las bacterias, hongos o virus genéticamente modificados puedan infectar especies de insectos no problema, dicha posibilidad se reduce drásticamente debido a que los machos buscarán hembras de su misma especie. Otro aspecto a considerar es que no hay presión selectiva que interactúe con las bacterias, ya que el insecto es un huésped sin salida, impidiendo la extinción del insecto (1,41). No obstante, los OGM utilizados en la paratransgénesis podrían persistir y propagarse en el medio ambiente ocasionando efectos adversos sobre la diversidad biológica, consecuencias adversas en el flujo de genes, alteración del ecosistema y cambios ambientales (1). Por lo que cualquier proyecto de liberación de organismos genéticamente modificados deberá someterse a un análisis del riesgo (AR) ambiental para evaluar posibles efectos adversos en la salud humana y animal, así como al medio ambiente.

Sin embargo, el AR en la paratransgénesis es particularmente complejo debido a que: 1) existe una amplia y diversa gama de virus, bacterias y hongos que se utilizan para dicha estrategia por lo que las características biológicas y las interacciones de dichos OGM con los insectos diana y el medio ambiente son muy diferente. 2) El grado de asociación de ciertos OGM con sus hospederos puede ser muy variado. Por ejemplo, los simbiontes bacterianos intracelulares, como Wolbachia, están estrechamente asociados con insectos diana y su patrón de transmisión vertical podría parecerse al de la reproducción de insectos genéticamente modificados de la misma especie. Mientras que otros microorganismos están menos asociados con su hospedero. Por lo tanto, puede producirse una transmisión horizontal dentro de las poblaciones de hospederos o incluso entre diferentes especies. 3) La capacidad específica de las poblaciones de OGM de propagarse en sus hospederos es diferente: Los virus y patógenos son infecciosos en diferentes grados. Por otra parte, las aplicaciones de paratransgénesis están diseñadas para aprovechar los mecanismos de accionamiento genético, que están presentes naturalmente en los diferentes microorganismos. 4) Aún hay un conocimiento limitado de algunos de los rasgos transgénicos explorados en la paratransgénesis. 5) El conocimiento también es limitado en lo que respecta a las interacciones de los OGM con los insectos hospederos y estos con el medio ambiente.  Por otro lado, la liberación de insectos portadores de OGM para la paratransgénesis estaría sujeta a la regulación de acuerdo con los marcos de bioseguridad existentes. Por lo que otro de los desafíos es desarrollar con urgencia una orientación específica que aborde de manera adecuada y exhaustiva el AR para la paratransgénesis.

Por lo que se sugiere la investigación previa a la liberación del organismo modificado en cuestión para planificar y evaluar estos impactos ambientales, teniendo en cuenta que el resultado aceptable y esperado de la evaluación de la liberación de los organismos modificados genéticamente debería implicar niveles de riesgo mucho más bajos que sus beneficios (1). Aunque las medidas de seguridad para el uso de mosquitos paratransgénicos son estrictas, la mayoría de los problemas asociados con la liberación de OGM no están presentes en el abordaje paratransgénico, mismo que es compatible con las estrategias de control tradicionales y los programas de manejo integrado de plagas (IPM; Integrated Pest Management) (6).

CONCLUSIONES

La paratransgénesis enfrenta grandes retos por lo que todavía es una tecnología que se debe desarrollar y perfeccionar puesto que la falta de investigaciones que arrojen resultados concluyentes le impide ser considerada como una estrategia efectiva frente a enfermedades transmitidas por vectores. Se debe considerar que el propósito de la paratransgénesis es modular la capacidad del insecto de transmitir un parásito y/o enfermedad, reduciendo así su capacidad de dañar la salud humana y de generar daños o pérdidas económicas. En nuestra opinión las ventajas que ofrece dicha estrategia superan las desventajas de esta tecnología, aunque es necesaria una investigación sólida sobre la seguridad pública y donde se descarte que compromete el equilibrio ecológico y la salud humana.

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Amaro-Morín Guillermo Oswaldo, González-Cruz Aldo Omara, González-Santillán Francisco Javiera, Granados-Ortíz José Alejandroa.
Universidad Autónoma de Nuevo León. San Nicolás de los Garza, N.L. Facultad de Ciencias Biológicas.

Los péptidos antimicrobianos (AMPs) son proteínas cortas con actividad antimicrobiana que forman parte del sistema natural de inmunidad innata de los organismos. Una gran parte de los AMPs conocidos se originan de insectos y dentro de este grupo, se ha establecido una clasificación en base a sus características bioquímicas y estructurales. El presente trabajo menciona esta clasificación y describe algunos de los AMPs obtenidos de insectos del orden Coleoptera que son relevantes debido a su potencial de aplicación en el área médica como agentes terapéuticos, dichos péptidos son la coprisina de Copris tripartitus, la tenecina 1 de Tenebrio molitor, las holotricinas de Holotrichia diomphalia, las acaloleptinas de Acalolepta luxuriosa y las protaetinas 1, 2 y 3 de Protaetia brevitarsis. Además, se presenta una breve descripción de la forma en que estos AMPs son aislados, purificados y caracterizados, así como del mecanismo de acción que les otorga su actividad contra patógenos y se discuten las perspectivas a futuro de su aplicación terapéutica.

Introducción.

Los organismos biológicos han desarrollado diversas estrategias a lo largo del tiempo, con el fin de evadir enfermedades, una de ellas es sintetizar un tipo de péptido con actividad antimicrobiana el cual es parte de su sistema natural de inmunidad innata. Los péptidos antimicrobianos (AMP, del inglés “anti-microbial peptides”) se constituyen generalmente de 15 a 14 residuos de aminoácidos, presentando características hidrofóbicas y una carga positiva, permitiéndoles alterar la bicapa lipídica de los organismos, provocando un efecto similar al producido por las proteínas canal [1].

Los AMP han tomado mucho interés debido a que también constituyen una parte indispensable de la inmunidad innata del humano, presentando la característica de matar extremadamente rápido a cualquier organismo susceptible, despertando así el interés por AMPs de varios orígenes con propiedades anti-bacteriales y anti-fúngicas para su uso en ensayos clínicos y/o la industria agrícola [2].

En este trabajo se abarcan los diversos tipos de AMPs que podemos encontrar en insectos, más específicamente AMPs presentes en coleópteros, su modo de acción, un enfoque sobre su caracterización, así como usos en las aéreas medica/agrícola.

Tipos de AMPs.

De una manera general estos péptidos pueden clasificarse o agruparse en base a sus características químicas y bioquímicas, pero principalmente por su estructura, sin embargo, teniendo en cuenta el enfoque tomado se presentarán las clases de AMPs en insectos como un punto de partida. Los AMPs derivados de insectos pueden clasificarse como AMPs de α-Helice, AMPs estabilizados por puentes de disulfuro (mejor conocidos como defensinas), AMPs ricos en prolina y polipéptidos ricos en glicina (Tabla1).

Los AMPs α-Helice son péptidos lineales, helicoidales sin Cis con o sin bisagra, en donde las cecropinas junto con las sarcotoxinas, la hifancina, la enbocina y la espodopsina y otros péptidos similares a la cecropina representan la familia más abundante. Los AMP estabilizados por puentes disulfuro típicamente contienen tres enlaces disulfuro, pero también se conocen péptidos con cuatro, estos son comúnmente referidos como defensinas de los insectos debido a sus estructuras generales similares a las α- y β-defensinas de mamíferos ya que también hay de un solo enlace. Los AMP ricos en prolina y los polipéptidos ricos en glicina son péptidos que se encuentran enriquecidos específicamente por un aminoácido, por ejemplo en el caso de los ricos en prolina, esta se asocia típicamente en dobletes o tripletes con residuos básicos, más frecuentemente con arginina. Hablando específicamente sobre los AMPs ricos en glicina tenemos que estos pueden variar entre 8 kDa y 30 kDa y se han obtenido de coleópteros péptidos como la coleoptericina, holotricina 2 y 3, tenecina, y acaloleptinas A, los cuales algunos son de los más conocidos [2].

Tabla 1. Tipos de AMP en insectos [2].

Tipos de AMPsEjemplos
Péptidos catiónicos lineales de hélice alfaCecropina A y B, Sarcotoxina, Hifancina, Enbocina y Espodopsina.
Péptidos estabilizados por puentes disulfuroThanatina, Sapecina, Heliomicina, Defensina A, Termicina.
Péptidos ricos en prolinaApidaecina, drosocina, Abaecina, Formaecina.
Polipéptidos ricos en glicinaDiptericina, gloverina,
Coleoptericina, Holotricina 2 y 3.

AMPs de Coleópteros.

Copris tripartitus – Coprisin (Coprisina).

Figura 1. Copris tripartitus [23].

En 2009 fue aislado el cDNA de la coprisina, el cual es un péptido de tipo defensina, se compone de 43 aminoácidos y es producido por el escarabajo Copris tripartitus [3]. Este péptido tiene una estructura anfipática α-helicoidal y 2 láminas-β. La secuencia aminoacídica de este péptido maduro, se encontró idéntica en un 79.1% y 67.4% a los péptidos de tipo defensina de Anomala cuprea y Allomyrina dichotoma, respectivamente [4].

Tenebrio molitor – Tenecin 1 (Tenecina 1).

Figura 2. Tenebrio molitor [24].

La Tenecina 1 es una proteína antibacteriana secretada por la larva del escarabajo molinero Tenebrio molitor, la cual tiene un largo loop N-terminal y características estructurales comúnes de la familia de defensinas de insectos correspondiente al motivo α/β estabilizado con cisteína [5].

Holotrichia diomphalia – Holotricin (Holotricina).

Figura 5. Holotrichia diomphalia [25].

La holotricina es una proteína presente en la hemolinfa de la larva de Holotrichia diomphalia. Se analizó su cDNA y se encontró que es similar a una proteína antifúngica de Sarcophaga peregrina en términos de tamaño molecular y alto contenido de residuos de histidina y glicina [6].

Acalolepta luxuriosa – Acaloleptin (Acaloleptina)

Figura 4. Acalolepta luxuriosa [26].

Existen 3 AMPs relacionados estructuralmente y con una masa molecular de 8 kDa (acaloleptinas A1, A2 y A3) en la hemolinfa de larvas inmunizadas del escarabajo de cuerno largo Udo, Acalolepta luxuriosa. Estos péptidos tienen los mismos 6 aminoácidos N-terminales, y se cree que son isoformas. A1 consiste de 71 aminoácidos y comparte una similaridad significativa en su secuencia con la coleoptericina y holotricina 2 de otros insectos coleópteros, además los 29 residuos C-terminales de A1 tienen un 40% de identidad con los 30 residuos C-terminales de la himenoptaecina encontrada en las abejas [7].

Protaetia brevitarsis – Protaetin (proatetinas) 1, 2 y 3.

Figura 6. Protaetia brevitarsis [27].

Las protaetinas 1, 2 y 3 son AMPs aislados de la hemolinfa de Protaetia brevitarsis, una plaga de árboles frutales en Corea. La homología en la secuencia aminoacídica de la protaetina 1 con holotricina 2 (de Holotrichia diomphalia) mostró un 99% de identidad. Un análisis de Northern blot mostró que el gen de la protaetina 1 está fuertemente expresado en el cuerpo graso después de una inyección de Escherichia coli al organismo, también se expresó en el intestino, pero mucho más débil después de la inmunización [8].

Producción, purificación y caracterización molecular.

Desde el descubrimiento del primer péptido antimicrobiano en insectos, una gran variedad de técnicas ha sido utilizada para lograr estos fines, sin embargo, en este apartado se mencionan los pasos generales y técnicas más comunes en relación a los péptidos mencionados. El primer paso consiste en inducir la producción del péptido en la hemolinfa, a través de la inyección de  –  células de bacterias vivas, muertas con calor o de componentes de su pared celular. A pesar de que la inyección de dosis subletales de bacterias Gram-negativas y Gram-positivas produce una inducción más completa, los péptidos incluidos en esta revisión fueron inducidos a través de los primeros 3 métodos [9].  En coleópteros, luego de 24 horas de la inyección se extrae la hemolinfa de larvas en sus últimos instares para luego centrifugarla y así separar el plasma de los hemocitos. Posteriormente se realiza una pre purificación, que comienza con un tratamiento con calor o con la acidificación con ácido tricloroacetico o ácido acético, seguida de una elución gradual, con un porcentaje bajo, medio y alto de acetonitrilo a través de una columna de extracción sólida en fase reversa (C18). Sales, azucares y la mayoría de las proteínas hidrofílicas son eliminadas durante los ciclos de lavado, mientras que los lípidos y la mayoría de proteínas hidrofóbicas quedan retenidas en la fase sólida [9, 10]. Luego de esto los extractos son concentrados por liofilización o en centrífugas de vacío y resuspendidos en buffers específicos. La principal técnica de purificación es la cromatografía líquida de alta eficacia en fase reversa o RP-HPLC y la cromatografía por exclusión de tamaño o de tamiz molecular, adicionalmente, la pureza suele comprobarse empleando la técnica de SDS-PAGE [9, 7].


Figura 7. Esquema general de los pasos para la producción, purificación y caracterización molecular de péptidos antimicrobianos de insectos [9]

En cuanto a la caracterización de los péptidos mencionados, esta se ha realizado principalmente por una combinación de escisión enzimática, degradación de Edman automatizada y espectrometría de masas MALDI-TOF [7].

Mecanismo de acción de los AMPs y actividad contra patógenos

En la actualidad se han propuesto varios modelos de acción antimicrobiana de los AMPs, los cuales explican que estos péptidos actúan de manera selectiva perturbando la membrana celular por medio de la alteración del arreglo estructural anfipático [11], esto también puede lograr la formación de canales iónicos que aumentan la permeabilidad de la membrana [12].

Entre estos modelos se encuentran los denominados “Barrel-Stave”,  “Carpet” y “Toroidal” [11, 13] (como se observa en la Figura 2), donde en el primero los péptidos se agregan e insertan en la bicapa lipídica de manera que las regiones hidrófobas del péptido se alinean con la región de núcleo del lípido y de esta manera las regiones hidrófobas del péptido forman un poro en la membrana [14]; en el modelo “Carpet” los péptidos alteran la membrana orientándose paralelamente a la superficie de la bicapa lipídica y formando una capa o alfombra extensa [16]. En el caso del modelo “Toroidal” los péptidos se agregan e inducen a las monocapas lipídicas a doblarse continuamente a través del poro de manera que el núcleo de agua se alinea tanto por los péptidos insertados como por la cabeza de los grupos lipídicos [16].

Un modelo adicional a los anteriormente mencionados es el modelo “Detergent” el cual es similar al modelo “Carpet”, como su nombre lo indica el modo de acción se asemeja al de la lisis celular por detergentes, donde se reduce la homogeneidad de la membrana provocando su ruptura o disolución [17].

Las hipótesis más recientes acerca de la bioactividad de los AMPs proponen que dichos péptidos activan moléculas involucradas en cascadas de autolisis bacteriana [11, 18].

Esquematización general de los principales modelos propuestos para la acción de AMPs sobre la membrana celular
Figura 2. Esquematización general de los principales modelos propuestos para la acción de AMPs sobre la membrana celular [13, 18].

Tabla 2. AMPs aislados a partir de coleópteros, los cuales tienen una actividad inhibitoria de alto espectro [11, 19, 20, 4, 21].

AMPs obtenidos de coleópterosActividad antimicrobiana
CoprisinaG (-), G (+), H
Tenecina 1G (-), G (+)
HolotricinaG (-), G (+)
AcaloleptinaG (-), G (+)
Protaetina 2G (-), G (+)

G (-): Bacterias gram negativas. G (+): Bacterias gram positivas. H: Hongos.

Los AMPs producidos por insectos presentan un espectro variado de blancos, pueden inhibir tanto bacterias Gram positivas como Gram negativas, e incluso algunos son capaces de afectar a otra clase de microorganismos como hongos [19]. El grupo de los coleópteros ha mostrado especial atención debido a que la mayoría tienen el potencial de producir AMPs con un espectro amplio de acción, abarcando en su mayoría a una gran cantidad de bacterias Gram negativas y Gram positivas [20] (así como se muestra en la Tabla 2).

Potencial terapéutico de los AMPs.

Durante décadas, las perspectivas de los péptidos antimicrobianos como una clase alternativa de antibióticos han presentado gran atención para el tratamiento de infecciones [11]. La incapacidad para validar de manera exacta el mecanismo de acción en términos físico-químicos es un obstáculo para futuras aplicaciones de los AMPs como fármacos clínicamente útiles [20]. Actualmente existen programas clínicos basados en este tipo de péptidos en las áreas de infección, dermatología, cáncer e inflamación [19]. La probabilidad de éxito clínico de los fármacos terapéuticos basados en AMPs aumenta a medida que surgen opciones para una gama más amplia de indicaciones clínicas [22].

Conclusión.

La variedad de ambientes en la que los coleópteros habitan, ha permitido que cada especie desarrolle diferentes estrategias de defensa contra agentes microbianos que comprometerían su supervivencia, por lo que los péptidos antimicrobianos representan una línea de defensa muy importante para ellos, y que dado su poder de defensa, podría ser de utilidad en el área clínica para tratar infecciones microbianas, pues se ha encontrado que algunos de estos AMPs tienen actividad antimicrobiana con un amplio espectro de actividad y algunos  no representan un peligro para la salud humana, sin embargo se necesitan realizar las pruebas clínicas previas a su aplicación terapéutica.

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Resumen

El uso de aceites esenciales, se considera como una alternativa en lo que respecta al control de insectos plaga, debido a que producen mínima contaminación ambiental, además de ser considerados eficaces en los diferentes ámbitos del uso de xenobióticos como el caso de repelentes, adulticidas y larvicidas entre otros y aunque no requieren de un proceso de purificación para su uso, la implementación de nanoformulaciones le ha anexado una mejora, que es la estabilidad molecular, siendo así, una mejor opción en lo que respecta a la sustitución de insecticidas formulados, debido a una gran eficiencia y persistencia sin un daño marcado en el medio.

INTRODUCCION

Aceites Esenciales

Los aceites esenciales (AE), también conocidos como esencias, aceites volátiles, aceites etéricos o aetheroleum, son productos naturales formados por varios compuestos volátiles (59). Según la Organización Internacional Normativa de AE (34) y la Farmacopea Europea (Consejo de Europa 2004), se define como aceite esencial al producto obtenido a partir de materia prima vegetal por hidrodestilación, destilación a vapor o destilación seca o por un  proceso mecánico para la obtención de un producto.

De acuerdo a la definición anterior esto suele excluir otros productos tales como aromáticos/volátiles obtenidos por diferentes técnicas como la extracción con disolventes, extracción de fluidos supercríticos y extracción asistida por microondas. Los AE también difieren de los aceites fijos o aceites grasos, tanto en propiedades químicas como físicas. Los aceites grasos contienen glicéridos de ácidos grasos y dejan una mancha permanente en el papel de filtro, mientras que los AE contienen compuestos volátiles y desaparecen rápidamente sin dejar ninguna mancha.

En la naturaleza, suelen jugar papeles muy importantes en los procesos de defensa y señalización de las plantas  (30). También son productos naturales valiosos utilizados como materia prima en muchos campos, tales como las industrias farmacéutica, agronómica, alimentaria, sanitaria, cosmética y de perfumería (10).

Los AE se pueden encontrar en varios órganos de la plantas (flores, frutos, semillas, hojas, tallos y raíces) producidos y almacenados en estructuras secretoras que difieren en morfología, estructura, función y distribución. Estas estructuras especializadas minimizan el riesgo de auto toxicidad y pueden encontrarse en la superficie de los órganos de las plantas o dentro de los tejidos de las mismas, clasificándose como estructuras secretoras externas o internas, respectivamente. Las estructuras secretoras internas incluyen células secretoras (a menudo idioblastos), cavidades secretoras y conductos secretores, mientras que las externas incluyen tricomas glandulares, células epidérmicas y osmóforos (61). Algunos órganos y tejidos de plantas, tales como raíces, tubérculos y madera, son muy duros y necesitan ser descompuestos para exponer las células y cavidades que contienen aceite para la extracción.

Los bio-plaguicidas abarcan un gran número de tecnologías, desde los microbianos hasta los botánicos. Entre los productos botánicos, los AE son una categoría importante que comenzó a desarrollarse con la investigación en los años ochenta (57).  Los AE han tenido el crecimiento más fuerte de todos los mercados de plaguicidas botánicos en los últimos años.

Los AE suelen tener otras aplicaciones tales como perfumería, cosméticos, detergentes, farmacología, química fina y en la industria alimentaria. Como resultado, los mercados añadidos a veces agregan información científica importante, pero también complican su interpretación para el área de bio-plaguicidas. Los AE tienen un futuro prometedor en el mercado de bio-plaguicidas.

FITOQUÍMICA DE ACEITES ESENCIALES

Las AE de las plantas se han utilizado desde la antigüedad, pero la primera descripción escrita de la destilación data del siglo XIII por Ibn al-Baitar en Andalucía, España (5).  El método de preparación clásico se basa en el aparato de destilación de vapor Clevenger desarrollado en 1928. Hoy en día este método ha sido adaptado y ampliado para la producción industrial. La destilación al vapor requiere grandes recipientes debido al bajo rendimiento (generalmente <1%) de la biomasa y es costoso debido a las altas temperaturas necesarias para la destilación. La cáscara del cítrico es una excepción porque las grandes cantidades de aceites se pueden obtener barato por el presionar frío y l destilación convencional. Los métodos modernos suelen medir la calidad de los AE incluyendo evaluaciones sensoriales, muy comunes en las casas de perfumería; pruebas físicas y químicas, requeridas en las normas, farmacopeas y códices; y técnicas cromatospectrales para análisis de aceite. La hifenización de la etapa de separación por cromatografía de gases (GC) con técnicas espectroscópicas es a menudo necesaria para la identificación exacta de compuestos, siendo la cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) una de las técnicas híbridas más populares para la caracterización e identificación de compuestos volátiles complejos. Un detector de ionización de llama se utiliza generalmente para el análisis cuantitativo, mientras que un detector de masas de quadrapole o un detector de trampa de iones es necesario para caracterizar los constituyentes del aceite esencial (3).  La identificación de los compuestos se realiza comparando tanto los datos cromatográficos (por ejemplo, los índices de Kováts y los índices de retención lineales) como los espectros de masas con los de las muestras auténticas y los espectros de referencia de la biblioteca. A pesar de los logros en técnicas analíticas, la separación total e identificación de todos los compuestos de la mezcla volátil permanece inalcanzable debido al gran número de compuestos, similitudes estructurales, formas isoméricas y rango de concentración de los compuestos presentes en los AE (14). De esta manera, pueden ocurrir tiempos de retención similares y se aconseja la confirmación en dos columnas de diferente polaridad para evitar identificaciones engañosas. Teniendo en cuenta que los AE pueden contener cientos de constituyentes, las co-eluciones son inevitables y, por lo tanto, se han desarrollado nuevas estrategias analíticas para maximizar la separación de compuestos, tales como CG multidimensional (CG-MD) y CG bidimensional (CGxCG) (14).

Las principales familias de plantas que contienen AE incluyen Myrtaceae, Lauraceae, Lamiaceae, Asteraceae, Apiaceae, Cupressaceae, Pinaceae, Piperaceae, Santalaceae y Zingiberaceae :  Apiaceae, un grupo ampliamente distribuido de plantas anuales, bienales y perennes, con AE en conductos tubulares; Asteraceae, que comprende más de 30.000 especies de arbustos perennes, hierbas rizomatosas, plantas perennes tuberosas y hierbas arbóreas; Cupressaceae, un grupo de coníferas generalmente árboles y arbustos resinosos que producen AE dentro de bosques; Lamiaceae, un grupo muy diverso de hierbas aromáticas y arbustos con compuestos volátiles que normalmente se acumulan en tricomas glandulares; Lauraceae, que comprende plantas con flores y una serie de árboles aromáticos volátiles presentes en las células dentro de la corteza y la madera; Myrtaceae, un grupo altamente aromático, incluyendo varias especies de fruta; Pinaceae, un grupo de coníferas de alto crecimiento con materiales aromáticos resinosos con ácidos, trementina y terpenoides; Piperaceae, una pequeña familia de plantas con flores; Santalaceae con sólo unas pocas especies aromáticas de interés; y Zingiberaceae, la familia del jengibre con varios rizomas aromáticos (31).

Los AE son mezclas complejas de compuestos volátiles a semi-volátiles generalmente con un fuerte olor, raramente coloreado, soluble en disolventes orgánicos e insoluble en agua. Los constituyentes de los AE pertenecen principalmente a dos grupos fitoquímicos: terpenoides (monoterpenos y sesquiterpenos de bajo peso molecular) y, en menor medida, fenilpropanoides, sintetizados a través de diferentes rutas biosintéticas y con distintos precursores metabólicos primarios. La biosíntesis de los terpenoides involucra tanto las vías de mevalonato como las de no mevalonato (desoxililulosa fosfato), mientras que los fenilpropanoides se forman a través de la vía shikimato (19; 32; 45). Monoterpenos y sesquiterpenos son generalmente el principal grupo de compuestos que se encuentran en los AE. Igualmente, los fenilpropanoides son también muy frecuentes. Además, algunos AE también pueden contener ácidos grasos y sus ésteres y, más raramente, derivados de nitrógeno y azufre (2; 32).

En las plantas aromáticas, la composición de los AE suele variar considerablemente debido a factores tanto intrínsecos (sexuales, estacionales, ontogenéticos y genéticos) como extrínsecos (ecológicos y ambientales) (23; 63) . Estos extractos suelen contener, en promedio, de 20 a 80 compuestos que en su mayoría suelen ser terpenos o monoterpenos con fenoles conectados, y otros mas complejos, incluyendo los sesquiterpenos.

La expresión fisiológica del metabolismo secundario de la planta puede ser diferente en todas las etapas de su desarrollo. Las proporciones de monoterpenos dependen de la temperatura y el ritmo circadiano (29; 56) y varían según la etapa de la planta (12). La acidez del suelo y el clima (calor, fotoperiodo, humedad) afectan directamente el metabolismo secundario de la planta (51) y la composición de los AE. Por tal motivo, en el proceso de los AE se debe establecer una serie de parámetros relacionados con las buenas prácticas agrícolas para el cultivo de las plantas (por ejemplo, genotipos, selección y orientación de parcelas y prácticas, tiempo de cosecha, condiciones y parámetros técnicos y extracción) para minimizar la heterogeneidad de los AE.

PRINCIPALES USOS

La mayor parte de la información relacionada con el tema, muestran efectos inmediatos (toxicidad aguda o repelencia) de AE sobre un número de artrópodos, frecuentemente sobre la base de ensayos que duran menos de 48 h.

La eficacia de los AE y sus constituyentes varía según el perfil fitoquímico del extracto vegetal y el objetivo entomológico, en la Tabla 1 se muestras algunos estudios llevados a cabo en los últimos 2 años. La gran mayoría suelen reportar respuesta en insecto blanco, ejerciendo efectos insecticidas o reducción e interrupción en el crecimiento de los insectos en varias etapas de la vida.

Los AE de las plantas aromáticas se han ensayado a lo largo de los años para abordar varios problemas de protección a los cultivos en situaciones pre y poscosechas tales como coleópteros, Sitophilus oryzae (gorgojo del arroz), Tribolium castaneum, y Callosobruchus chinensis (27; 28; 43; 44; 52).

Tabla 1.  Bioinsecticidas (aceites esenciales) en el control de plagas

Nombre científico de la plantaParte de la plantaInsectoAcciónAutor-año
Artemisia dubiaPartes aéreas (flores)Tribolium castaneum y Liposcelis bostrychophilaInsecticida naturalLiang jY, et tal. 2017 (42)
Juniperus formosanaHojasTribolium castaneum y Liposcelis bostrychophilaInsecticida y repelenteGuo SS. 2017 (27)
H. pectinataHojasAtta sexdens y rubropilosa ForelNuevos insecticidasFeitosa-Alcantara. 2017 (22)
Allium sativumFrutoT. molitorControl de plagasTabari, M.A. 2017 (58)
Pelargonium roseumHojas frescasCulex pipiensRepelente de mosquitos y larvicidaTabari MA  -2017 (62)
Origanum onitesHojasAmblyomma americanum y Aedes aegyptiRepelenteCarroll JF -2017 (11)
Aristolochia trilobataHojasAtta sexdens y Acromyrmex balzaniInsecticidaOliveira BM – 2017 (17)
Cymbopogon citratusHojas frescasPhlebotomus duboscqiRepelenteKimutai A – 2017 (39)
Artemisia annua y Artemisia dracunculusPartes aéreas (flores)Calliphora vomitoriaInhibición de oviposición (fumigación)Bedini(6)S – 2017  (6)
Echinops grijsii HanceRaízAedes albopictus, Anopheles sinensis y Culex pipiensLarvicidaZhao MP -2017 (69)
Pinus nigra, Hyssopus officinalis, Satureja montana,  Pelargonium graveolens y Aloysia citrodoraRamas con hojas/ partes aéreas (flores)/hojasCulex quinquefasciatusLarvicidasBenelli G – 2017 (8)
Eucalyptus sp, Mentha piprita, Achillea millefolium, Origanum vulgare y  Rosmarinus officinalisFollaje Fresco o secoSupella longipalpa.Toxicidad Fumigante y actividad repelenteMona Sharififard – 2016 (60)
Melaleuca alternifoliaHojasSitophilus zeamaisFumigaciónLiao M – 2016 (44)
Artemisia anethoidesHojas frescasTribolium castaneum y Lasioderma serricorneToxicidad de contacto, repelente y  fumiganteLiang JY – 2017 (43)
Hedychium larseniiTallo subterráneo (rizoma)Anopheles stephensiActividad de disuasión larvicida y de oviposiciónAlshebly MM -2017 (1)
Lippia sidoidesHojasRhodnius prolixusEfecto ninficida, ovicida, fagoinhibiciónFigueiredo MB – 2017 (24)
Piper aduncum LinnaeusHojasAedes aegyptiRepelenteMamood SN – 2017 (47)
Peumus boldus MolinaHojasCulex quinquefasciatusActividad larvicidaCastro DS -2016 (16)
Curcuma longaTallo subterráneo (rizoma)Cabbage looperInsecticida botánicoSouza Tavares W – 2016 (18)
Atalantia monophyllaHojas frescasCallosobruchus maculatus y Sitophilus oryzaeInsecticidaNattudurai G – 2017 (52)
Mentha spicata y Mentha pulegiumPartes aéreas (hojas y flores)Spodoptera littoralis, Leptinotarsa decemlineata y Myzus persicaeActividad nematicida y fitotóxicoKimbaris AC -2017 (38)
Cymbopogon citratusHojasCabbage looperLarvicidaJun-Hyung Tak-2016 (64)
Lippia gracilisHojasRhipicephalus (Boophilus) microplusAcaricidaCosta-Júnior -2016 (13)
Aframomum daniellii, Dichrostachys cinerea y Echinops giganteusFrutos frescos / raícesCulex quinquefasciatus  y larvas de filariasisLarvicidaRoman Pavela- 2016 (54)
Blumea lacera, Polygonum odoratum Lour, Piper sarmentosum Roxb, Raphanus sativus Linn,  Myristica fragrans Houtt,  Limnophila aromatica (Lamk) Merr, Solanum aculeatissimum Jacq,  Solanum indicum Linn,  Coriandrum sativum Linn, Foeniculum vulgare Mill,  Petroselinum crispum,  Amomum uliginosum Koenig,  Picrorhiza kurroa Royle & Benth,  Curcuma aeruginosa Roxb, Curcuma longa Linn, Kaempferia pandurata Roxb,  Kaempferia parviflora Wall. ex BakerTallo y hojas / semillas / cáscara / toda la planta / fruta / rizoma (tallo subterráneo)Aedes aegyptiLarvicida y adulticidaIntirach J. -2016 (33)
Origanum scabrumHojas frescasAnopheles stephensi, Aedes aegypti, Culex quinquefasciatus y Culex tritaeniorhynchusRepelente, actividad  larvicida y ovicida, adulticidaMarimuthu Govindarajan-2016 (25)
Glycosmis lucidaHojasTribolium castaneum y Liposcelis bostrychophilaRepelenteGuo SS -2017 (28)
Ajania fruticulosaParte aéreaTribolium castaneum y Liposcelis bostrychophilaActividad insecticidaJun-Yu Liang -2016 (42)
Citrus aurantifolia, Citrus grandis, and Alpinia galangaHojas / fruta /rizomaAedes aegyptiRepelenteNorashiqin Misni – 2016 (49)
Piper aduncumHojasEuschistus herosToxicidad en huevos, ninfas y adultosLM TURCHEN-2016 (65)
Kadsura heteroclitaHojasAnopheles stephensi, Aedes aegypti y Culex quinquefasciatusLarvicidaGovindarajan M -2016 (26)
Piper betleHojasSpodoptera lituraInnibidores de desarrollo  de larvas y pupasPrabhakaran Vasantha-Srinivasan- 2016 (66)
Piper corcovadensisHojas frescasAedes aegyptiActividad larvicidaMarcelo Felipe Rodrigues da Silva – 2016 (15)
Etlingera elatior y ZingiberaceaeInflorescen-cias frescasAedes aegyptiInnibicion de oviposiciónPatrícia C. Bezerra-Silva-2016 (9)
Schinus molleHojasCtenocephalides felis felisActividad contra huevos y adultosBATISTA – 2015 (4)
Origanum vulgareHojasAnopheles stephensi, An. Subpictus, Culex quinquefasciatus  y Cx. TritaeniorhynchusActividad larvicidaGovindarajan-2016 (25)
Lavandula luisieriPartes aéreasSpodoptera littoralis y Myzus persicae coloniesActividad fitotóxica y nematocidaJulio -2016 (36)
Alpinia kwangsiensisRizomaLasioderma serricorneActividad insecticidaWu – 2015 (68)
Chamaecyparis obtusaHojas y ramasDrosophila melanogaster y Musca domesticaActividad insecticida, afecta la fecundidad y el desarrollo sexualShin-Hae Lee-2015 (40)

MODOS DE ACCIÓN

Los AE son buenos penetrantes que combinados suelen aumentar la biodisponibilidad. La mayor propiedad relacionada es que disrumpe la bicapa lípidica de las células. Algunos AE tienen modos de acción específicos que los convierten en buenos sinergistas, los derivados semisintéticos tienen un factor sinérgico de dos a seis veces cuando se combinan con insecticidas botánicos (7), pero las piperamidas tienen un notable factor de sinergia de 11 cuando se combinan con piretrina (35) tienen profundos efectos sobre el transcriptoma del citocromo P450.

En la sensilias de los insectos, las proteínas especializadas en odorantes (PEO) responden a los monoterpenos volátiles. Los monoterpenos acíclicos o monocíclicos son moléculas volátiles pequeñas, por lo tanto, están implicados en la transmisión de señales aerotransportadas desde las plantas hasta los insectos (41).

La detección de ramos de aromáticos y compuestos quimiosensores activos por insectos involucra diferentes familias de proteínas, incluyendo OBPs y proteínas quimiosensibles (PQSs), PEOs y CSPs que se encuentran en la periferia de los receptores sensoriales y participan en la captura y  transporte de estímulos moleculares (21).  El uso de compuestos químicos volátiles de plantas y AE en protección de plantas puede ser más eficaz con una mejor comprensión de estos mecanismos.

Varios monoterpenos son neurotóxicos para los insectos. Algunos receptores descritos son las neuronas GABA-gated y GABA asociados a canales de cloro, los cuales suelen alterar la sinapsis de GABA (55). El eugenol actúa a través del sistema octopaminérgico activando receptores para la octopamina, que es un neuromodulador (20). Algunos otros monoterpenos actúan sobre la acetilcolinesterasa inhibiéndola (48). Con tales acciones de los monoterpenos se cree que afecta a múltiples objetivos por su modo de acción, , perturbando así más eficazmente la actividad celular y los procesos biológicos de los insectos.

Una de las grandes desventajas de los AE, es que en su gran mayoría se desconoce su modo de acción, con la gran cantidad de bioensayos realizados se conoce en que etapa del insecto blanco suele tener mayores efectos, pero se desconoce su forma de acción, Por otro lado, la regulación transcripcional de la expresión génica en los insectos se ha encontrado que desempeña un papel importante en la respuesta de los insectos a diversos factores de estrés (44). Este tipo de estudio abre una alternativa en la búsqueda de modo de acción de los diversos AE. Por ejemplo: Min Liao y colaboradores (44) llevaron acabo un estudio de la actividad de Melaleuca alternifolia en S. Zeamais que por medio de un análisis de transcriptoma demostraron la inhibición de tres enzimas; dos enzimas desintoxicantes, glutatión S-transferasa (GST) y carboxilesterasa (CarE), así como una enzima de conducción nerviosa, la acetilcolinesterasa (AChE), proponiendo un modelo de acción del insecticida donde probablemente afecta directamente al acarreador de hidrógeno para bloquear el flujo de electrones e interferir en la síntesis de energía en la cadena respiratoria mitocondrial.

Como el ejemplo anterior, en los últimos años se han realizado algunos estudios que incluyen un análisis transcriptomico  (46; 53), esto abre un panorama hacia lo desconocido en el contexto de búsqueda de mecanismos  de acción de los AE.

FUTURO DE LOS ACEITES ESENCIALES

Hoy en día se utilizan varios AE en formulaciones comerciales registradas. Entre estos productos, los más frecuentes son el ajo, el clavo, el cedro (Juniperus virginiana), la menta (Mentha piperita) y los aceites de romero, varios de ellos dirigidos a numerosos artrópodos, incluyendo moscas, mosquitos, mosquitos, polillas, avispas, arañas y ciempiés.

Futuro de los aceites esenciales

Al parecer los AE parecen ser un método complementario o alternativo para el manejo integrado de plagas en varios aspectos ya que como se menciono anteriormente, consisten en mezclas de muchos compuestos bioactivos (alcoholes, aldehídos, cetonas, ésteres, fenoles aromáticos y lactonas, así como monoterpenos y sesquiterpenos), lamentablemente la alta volatilidad, baja solubilidad en agua y la tendencia a la oxidación lo limitan  como un sistema alternativo de control de plagas (Moretti et al., 2002).

Una de las grandes alternativas para el futuro es la nanoformulación de los AE ya que podría resolver estos problemas, protegiéndolos de la degradación y las pérdidas por evaporación, logrando una liberación controlada  y facilitando el manejo (50).  Dentro de los grandes beneficios de las nanoformulaciones es mejorar la eficacia debido al mayor área superficial, mayor solubilidad, inducción de actividad sistémica debido a un menor tamaño de partícula, mayor movilidad y menor toxicidad debido a la eliminación de disolventes orgánicos (37).  En un trabajo realizado en el 2014 por Werdin González, et al. (67) demostraron la eficacia y persistencia del uso de nanoformulaciones contra B. Germánica  usando AE de geranio aumentando así su eficacia de 7 días a más de 200 días.

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Cantú-Ruiz, A. L., Galván-Quintero, A. O., Mar-Solís, L. M.
Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Biológicas, UANL

Resumen

Las plagas de insectos son un problema importante para la salud, estos son transmisores de enfermedades en humanos y en plantas, al atacar las plantas limitan el aumento de la producción mundial de alimentos. Existen diversas alternativas para el control de insectos entre las cuales destacan el control físico, mecánico, químico y biológico. Entre las alternativas más utilizadas se encuentra el control químico, pero estos pueden causar problemas para la salud humana, la agricultura y el medio ambiente, en los últimos años la biotecnología ha permitido que el control biológico desplace al químico, debido a que sus productos pueden usarse con seguridad porque no dañan al medio ambiente. Entre los agentes de control biológico se encuentran: los entomopatógenos, insectos beneficiosos, insecticidas botánicos y feromonas. En este plantea las estrategias para el control biológico que se actualmente se están empleando en el continente Americano, México y la Unión Europea. El enfoque de control biológico, será necesario en el futuro más que en la actualidad, conforme los problemas con una mayor diversidad de especies invasoras continúen creciendo a un paso alarmante.

Palabras Clave: Control de Insectos, Biotecnología, Entomopatogenos, Insectos Beneficiosos, Insecticidas Botánicos, Feromonas.

A lo largo de la historia la humanidad ha enfrentado múltiples adversidades, en múltiples sectores, como lo son el agrícola y médico. Un claro ejemplo de estos problemas son las plagas que durante toda la historia han azotado los cultivos provocando grandes pérdidas de alimento para el aprovechamiento humano, y bien, enfermedades transmitidas por los insectos vectores como lo es la malaria que es transmitida por mosquitos del género Anopheles (Figura 1). 

Mosquito del género Anopheles
Figura 1: Mosquito del género Anopheles, transmisor de la malaria

Por ello, se han empleado diferentes técnicas que permitan controlar las poblaciones de las mismas, una de las técnicas más comúnmente utilizadas es el uso de plaguicidas los cuales se ha observado que  han generado  más brotes recurrentes de plagas resistentes a los mismos, además de producir enfermedades en numerosos cultivos, contribuir a la salinización y erosión del suelo, contaminación de aguas y otros problemas ambientales. Debido a lo anterior, se ha requerido volver a técnicas antiguamente utilizadas para poder combatir los problemas anteriormente mencionados; una de estas técnicas es el control biológico el cual  consiste en el uso de enemigos naturales y microorganismos para el control de sus poblaciones incluyendo competencia, prefación, parasitismo y patogenicidad.

El control biológico de especies es una técnica que ha sido utilizada desde tiempos muy antiguos, los primeros registros datan del siglo III por chinos para el control de plagas de árboles de cítricos. Sin embargo, fue hasta el siglo XIX cuando el control biológico de plagas despertó un gran interés debido al éxito que se consiguió con la introducción de la mariquita Rodolia cardinalis para el control de la cochinilla acanalada Icerya purchasi (Figura 2)Posteriormente, en el año de 1883 se llevó acabo el primer importe de parasitoides a Estados Unidos proveniente de Europa. Seguido de eso estudios de enfermedades en insectos por Agostini Bassi con el uso del hongo Beauveria bassiana como atacante del gusano de seda, Bombyx mori sugiriendo que cadáveres de insecto triturados aplicados con agua podrían aplicarse a cultivos para matar a insectos.

Control biológico de Icerya purchasi con Rodolia cardinalis
Figura 2: Control biológico de Icerya purchasi con Rodolia cardinalis.

Debido a los aspectos anteriormente mencionados, fue necesario plantear en los posteriores años, una estrategia alternativa que se basara en el uso de los principios ecológicos para aprovechar al máximo los beneficios de la biodiversidad en la agricultura, sin embargo, debido a que algunos de los sistemas ecológicos planteados presentaban algunas limitantes fue necesario, con la ayuda de la biología molecular y las herramientas de ingeniería genética presentes en los últimos años, plantear modificaciones en dichos sistemas para la minimización de limitantes, esto, podría ser mediante la mejora de las cosechas debido la producción de plantas resistentes, a enfermedades y plagas, así como modificar algunos insectos con el fin de atacar de maneras distintas múltiples plagas, de tal manera que se desarrollen métodos que nativamente en un ecosistema no son encontrados. Por esta razón, en la actualidad el control biológico se considera una pieza fundamental e indispensable en cualquier estrategia de agricultura sostenible con base agroecológica, por este motivo, así, este trabajo tratará de englobar algunos de los temas más relevantes referentes al control biológico.

Métodos de control de insectos

El empleo de diferentes herramientas y sistemas para monitorear y controlar la presencia de organismos con gran potencial de plaga se ha llevado a cabo a través de los años, buscando la mejor opción según la situación que se presente. Existen diversas maneras de controlar estas plagas, entre las cuales destacan el control físico, mecánico, químico y biológico.El control físico- mecánico consiste en una serie de procedimientos para eliminar directamente las plagas o, al cambiar su hábitat, este no pueda sobrevivir por mucho tiempo. Algunas de las técnicas empleadas son conocidas desde la antigüedad, como el uso de barreras, trampas, manejo de temperatura, la eliminación manual del insecto en cuestión, así como el empleo de agua hirviendo o la inundación con el fin de eliminar ácaros, sin embargo este último caso es solamente para bajas poblaciones de insectos, con el fin de no dañar el cultivo (Figura 3).2

Control físico- mecánico de Allium cepa
Figura 3: Control físico- mecánico de Allium cepa, mediante aspersión.

El uso de agroquímicos es una alternativa altamente empleada para el control de plagas, siendo responsable de la reducción de daños económicos en los cultivos, debido a su alta efectividad. Sin embargo, la toxicidad elevada de ellos, la persistencia que tiempo después presentan en el medio así como el mal uso de estos insecticidas los han colocado como segunda opción para el control de plagas.Las ventajas que presenta destacan una rápida acción curativa, bajo costo, así como el uso práctico que representa, disminuyendo daños económicos. Entre sus desventajas se menciona la resistencia que estos insectos pueden desarrollar, el empleo de plaguicidas de manera recurrente, brotes de plagas secundarias, daños a organismos secundarios, así como los costos altos que estos pueden presentar. Otro punto clave con respecto al uso de agentes químicos es que, en el caso de los insectos, estos productos se han hecho cada vez más específicos, además de menos contaminantes o tóxicos siendo el costo de estos aumentado de manera considerable. Sin embargo, los insecticidas o los acaricidas, siguen siendo uno de los métodos más prácticos y económicos de uso, a pesar de las limitaciones que presenta.4 Un ejemplo de ello es en el caso de la enfermedad de Chagas, transmitido por diversos insectos como Triatoma infestans. En los años 1974-1990 se realizó en Brasil un protocolo para la erradicación esta enfermedad, fumigando las viviendas con posibilidad de infección. 5.

Una forma de control utilizada actualmente es el control biológico, definida como el control de insectos mediante el uso de organismos benéficos para reducir la densidad de una planta o un animal que causa un daño (Figura 4). Este tipo de control busca la reducción de las poblaciones de la plaga de manera equilibrada, con el fin de que no haya perdidas económicas totales del organismo dañado y a su vez, que el agente controlador no muera, debido a la ausencia de una fuente de consumo (la plaga).6

Esquema general del control biológico de insectos
Figura 4: Esquema general del control biológico de insectos. Ejemplo depredación de Spalangia cameroni en la mosca doméstica.

En el caso de los insectos, existen especies entomófagas, que al alimentarse de otros insectos depredadores o parásitos presentan una ventaja en el uso de estos para un control biológico. Estos depredadores, en su estado larval o adulto requieren el consumo de insectos para su crecimiento realizando un control biológico natural, esto brinda la facilidad de emplearlo como un método de control a gran escala, tomando en cuenta las características del organismo. Un ejemplo de ello es Rodalia cardinalis, un coccinélido empleado como control de Icerya purchasi,  hemíptero encontrado en cítricos. Las moscas blancas o palomillas (Trialeurodes vaporariorum y Bemicia tabaci) causantes de severos daños en diversos cultivos ya sea por el daño directo o por transmisión de virus, son controlados por Encarsia Formosa, principalmente en los estados ninfales de la plaga7

Bacillus thuringiensis
Figura 5: Bacillus thuringiensis, formación de cristal.

Además de los insectos, existen bacterias, virus y hongos capaces de ejercer algún control sobre las plagas. Como en el caso de Bacillus thuringiensis y Bacillus popilliae,  colonizadores de insectos de los órdenes Díptera, Ortóptera, Coleóptera así como Himenóptera. Sin embargo estos, en su etapa de esporulación, pueden formar cristales proteicos con efecto insecticida o toxico (Figura 5). Los hongos han sido considerados una de las mejores alternativas para el control de insectos debido a las características que les permiten sobrevivir de forma parasita en los insectos, además de ser más sencilla su recolección y cultivo a nivel laboratorio, entre ellos se encuentra Bauveria bassiana., utilizado en cultivos de importancia económica mundial. En Panamá es comercializado como un método de control en forma de emulsión de esporas (Figura 68

Producto de espora de Bauveria bassiana
Figura 6: Producto de espora de Bauveria bassiana

Métodos biotecnológicos para el control de insectos

Las plagas de insectos son una limitación para el aumento de la producción de alimentos. Los agentes de control biológico, incluidos los enemigos naturales, los entomopatogenos (bacterias, nematos, virus y hongos), los insecticidas derivados de plantas y las hormonas de insectos están siendo de gran interés dado que estos pueden ser utilizados como alternativas a los pesticidas químicos y como componentes esenciales para el manejo de plagas. La biotecnología es de suma importancia para mejorar la eficacia, la rentabilidad y en la ampliación de los mercados para estos bioinsecticidas. Se han utilizado diversas técnicas moleculares para identificar y monitorear el establecimiento y la dispersión de biotipos específicos de enemigos naturales. La biotecnología puede tener un impacto positivo en la seguridad alimentaria de los ataques de insectos y puede contribuir a la sostenibilidad de la agricultura moderna 18.

Los recientes biopesticidas registrados a nivel global incluyen: Bacterias (104 productos, los cuales en su mayoría son Bacillus thuringiensis) (Figura 7), Nematodos (44 productos), Hongos (12 productos), virus (8 productos), protozoos (6 productos) y enemigos naturales (107 productos) 19. Una ventaja de los biopesticidas es que pueden ser producidos a una escala apropiada con tecnologías que están al alcance de casi todos los países en desarrollo. Esto permitiría el desarrollo de productos específicos para plagas locales. La biotecnología ocupa un papel fundamental ya que podría ayudar a evaluar la producción de biopesticidas más potentes y rentables. Los productos de control biológico tienen como objetivo una velocidad de acción rápida, amplia gama de huéspedes, una mejor entrega del producto a la plaga y una mejor persistencia en el medio ambiente 18.

Bacillus thuringiensis
Figura 7: La mayoría de los biopesticidas a partir de bacterias registrados a nivel mundial son de Bacillus thuringiensis

Entomopatógenos

El grupo de microorganismos entomopatogenos es variado y diverso entre ellos se encuentran un amplio grupo de virus, bacterias, nematodos y hongos, entre otros (Anexo 1). Cada uno de estos subgrupos se compone de un numero de organismos que varían en su manera de infectar, el sitio en que se replican, y el mecanismo patogénico. Mientras que algunos patógenos presentan rangos de hospederos muy amplios, la mayoría prefieren ciertas especies de insectos. También difieren en cuanto a su patogenicidad selectiva de acuerdo a las diferentes etapas de desarrollo del insecto huésped 20.

Bacterias

En los últimos años, varias especies de bacterias patógenas han sido aisladas, se han desarrollado como pesticidas y utilizadas con éxito en el control biológico de insectos en todo el mundo 21. La mayoría de las bacterias patógenas se encuentran en las familias Bacillaceae, Pseudomonadaceae, Enterobacteriaceae, Streptococcaceae y Micrococaceae. Aunque hay muchos tipos diferentes de bacterias que son conocidas por infectar de forma aguda o crónica a los insectos, solo se han registrado para el control de insectos miembros de dos géneros de la orden Eubacteriales, Bacillus (Bacillaceae) y Serratia (Enterobacteriaceae). Bacillus es considerado el género pesticida más importante 23.

Las bacterias más patógenas se introducen a los hospederos cuando estos comen alimento contaminado. Estas bacterias se multiplican en el aparato digestivo de los insectos, produciendo algunas enzimas (como la lectinasa y las proteinasas) y toxinas, las cuales dañan las células del intestino medio y facilitan la invasión del hemocele del insecto. Una vez que invaden el hemocele, se multiplican y matan al hospedero por septicemia, por la acción de toxinas o por ambos. En numerosos casos, antes de morir, el insecto huésped pierde el apetito o en otros casos pueden defecar o vomitar, ayudando con esto a la distribución del entomopatógeno. Algunas bacterias pueden infectar a la progenie de los insectos ya sea en los huevos o dentro de estos tal como es el caso de Serratia marcencens en la langosta café Locustana pardalina (Figura 822.

Serratia marcencens infecta la progenie de Locustana pardalina
Figura 8: Serratia marcencens infecta la progenie de Locustana pardalina

Bacillus thuringiensis y plantas transgénicas resistentes a insectos.

Bacillus thuringiensis (Bt) es una bacteria Gram positiva omnipresente, formadora de esporas, que produce cantidades masivas de una o más proteínas que cristalizan intracelularmente durante la fase de esporulación. Estas proteínas son conocidas como proteínas Cry y son toxicas principalmente para las larvas de insectos de los órdenes lepidóptera, díptera, coleóptera, hymenoptera, homóptera, ortóptera y mallophaga y contra nematodos, ácaros, piojos y protozoos 24. Las proteínas Cry se han clasificado en unos 30 grupos diferentes 25.

Si Bt se aplica a lugares expuestos a la luz solar, se desactiva rápidamente por radiación ultravioleta directa. Para maximizar la efectividad de los tratamientos con Bt, los aerosoles deben cubrir completamente todas las superficies de las plantas, incluyendo la parte inferior de las hojas. Además de la delta endotoxina de Bt, también se encuentra la alfa endotoxina, VIP y una diversidad de metabolitos secundarios que también son eficaz contra ciertos insectos, en cepas de B. cereus se puede encontrar la Zwittermicina (Anexo 2) (Figura 926.

Zwittermicina A es un antibiótico producido por Bacillus cereus
Zwittermicina A es un antibiótico producido por Bacillus cereus

Los avances en la transformación de plantas, cultivo de tejidos y biología molecular ofrecen un gran potencial para la incorporación de genes que producen la delta endotoxina de Bt en cultivos para conferir resistencia contra insectos. Los dos métodos más ampliamente utilizados de transformación de plantas son la transferencia de ADN mediada por Agrobacterium y el bombardeo de células con partículas revestidas de ADN. El cultivo transgénico Bt tienen genes que codifican las mismas proteínas de Bacillus thuringiensis, pero tienen el uso de codones típicos para genomas de plantas y cuentan con la eliminación de todas las señales de procesamiento aberrantes 27. La expresión de toxinas Bt se ha realizado en cultivos de cereales, raíces, hortalizas, cultivos forrajeros y árboles. Actualmente los cultivos Bt se han comercializado para maíz de campo, maíz dulce y algodón los cuales presentan diferentes propiedades (Anexo 3) (Figura 1018.

El maíz Bt es un tipo de maíz transgénico que produce una proteína de origen bacteriano
Figura 10: El maíz Bt es un tipo de maíz transgénico que produce una proteína de origen bacteriano. La proteína Cry, producida naturalmente por Bacillus thuringiensis.

Hongos

Los hongos son un grupo filogenéticamente diverso de microorganismos que son todos eucariotas heterotróficos (nutrición absorbente), unicelulares (levaduras) o hifas (filamentosos) y se reproducen por esporas sexuales y/o asexuales 18. Existen más de 750 especies de hongos entomopatogenos que infectan a insectos, pero pocas han sido consideradas seriamente como posibles candidatos comerciales 23.

Los microinsecticidas son productos formulados con hongos entomopatógenos. Los hongos microorganismos que se encuentran asociados con insectos que viven en diversos habitas, como el agua, suelo y partes aéreas; por su forma característica de infección son los microorganismos más importantes que infectan insectos chupadores como áfidos, mosquita blanca, escamas, chicharritas y chinches 28.

El hongo invade la hemolinfa, por lo que la muerte del insecto se debe a una combinación de daños mecánicos producidos por el crecimiento del hongo, desnutrición y por la acción de los metabolitos secundarios o toxinas que el hongo produce 29. Algunos hongos patógenos de insectos han restringido el rango de hospederos, mientras que otras especies de hongos tienen un amplio rango de hospederos por ejemplo Metarhizium anisopliae (Figura 11)M. flavoviridae, Paecilomyces farinosus, Beauveria bassiana y B. brongniartii, algunos ya son productos a base de estos hongos ya son comercializados en el mercado (Anexo 428.

Cucaracha asesinada por Metarhizium anisopliae
Figura 11: Cucaracha asesinada por Metarhizium anisopliae

Virus

Las larvas de muchas especies de insectos son vulnerables a epidemias devastadoras de enfermedades virales. Los virus que causan estos brotes son muy específicos, por lo que generalmente actúan sobre un solo género de insectos o incluso una sola especie, por lo tanto, es seguro para el medio ambiente, los seres humanos, plantas y enemigos naturales 23, 31. La familia Baculoviridae es la más numerosa y estudiada de los virus entomopatogenos. Esta familia agrupa a virus de ADN de doble cadena cuyos viriones están característicamente incluidos en una matriz proteínica llamado poliedro o cuerpo de inclusión (OB) 30.  Uno de los casos más exitosos ha sido el uso del nucleopoliedrovirus de Anticarsia gemmatalis NPV (AgMNPV) para controlar A. gemmatalis en soya en Brasil y fue considerado como el más importante en el mundo 32, 33. En China, el nucleopoliedrovirus de Helicoverpa armigera SNPV (HaSNPV), se aplica en algodón, soya, maíz y cultivos de tomate, después de que se autorizó por primera vez como insecticida microbiano comercial en 1993 (Figura 12) 34.

El nucleopoliedrovirus de Helicoverpa armigera SNPV, se aplica en algodón, soya, maíz y cultivos de tomate
Figura 12:  El nucleopoliedrovirus de Helicoverpa armigera SNPV, se aplica en algodón, soya, maíz y cultivos de tomate.

Los bioinsecticidas a base de baculovirus son agentes de control ideales para ser usados en los programas de manejo integrado de plagas y su acción insecticida es útil: 1) contra aquellas especies fitófagas que han desarrollado resistencia múltiple o cruzada a los insecticidas químicos de síntesis y 2) en los programas de control donde se incluyen agentes biológicos de control susceptibles a la acción de los insecticidas químicos 35.

Nematodos

Los nematodos tienen un gran potencial para la inoculación y la liberación inundativa y el control de una amplia gama de plagas de insectos. Probablemente en términos comerciales son segundos solo de las bacterias, en específico de Bt. Las especies de nematodos comercialmente disponibles como bioinsecticidas se encuentran en tres familias: Rhabditida, Steinernematidae y. Heterorhabditidae (Figura 13). Los nematodos parasitan a sus huéspedes por penetración directa ya sea a través de la cutícula o apertura natural en el integumento huésped (es decir, espiráculos, boca o ano). La muerte de los insectos no se debe al propio nematodo sino a una bacteria simbiótica que se libera al entrar en el hospedador 18. Una limitación de los nematodos para el control de insectos es su susceptibilidad al estrés ambiental, temperatura extrema, radiación solar y desecación. Se está explorando el potencial de la ingeniería genética para mejorar estos rasgos, además de la incorporación de genes que confieren resistencia a insecticidas o fungicidas para fines de protección 36.

Steinernema carpocapsae
Figura 13:  Steinernema carpocapsae es un nematodo entomopatógeno, perteneciente a la familia Steinernematidae.

Protozoarios

Los protozoarios son un grupo extremadamente diverso con relaciones que van desde comensales a patógenos. Por lo general son de acción lenta y debilitante en lugar de rápida y aguda. Aunque son importantes en la regulación biológica natural, estos no poseen los atributos necesarios para un insecticida microbiano exitoso. La mayoría de las infecciones por protozoarios causan lentitud, crecimiento irregular o lento, lo que resulta en una reducción de la alimentación, vigor, fecundidad y longevidad. Las especies de los géneros Nosema y Varimorpha parecen ofrecer el mayor potencial de uso como insecticidas. Los patógenos de estos géneros atacan larvas de lepidóptera y ortóptera. Actualmente hay un producto de este tipo registrado contra los saltamontes y el grillo mormón. Nosema locustae es conocido por infectar al menos 60 especies diferentes de saltamontes y grillos, se vende bajo el nombre comercial de Nolo Bait (Figura 14). Es más eficaz cuando es ingerido por saltamontes inmaduros. Las infecciones progresan lentamente; donde el patógeno mata al saltamontes, la muerte ocurre 3 a 6 semanas después de la infección inicial 37.

de Nosema locustae llenan los tejidos grasos del cuerpo de un saltamontes infectado
Figura 14: Esporas de Nosema locustae llenan los tejidos grasos del cuerpo de un saltamontes infectado, haciendo que parezcan grumosos y blancos.

Insectos Beneficiosos

Hasta el presente, se conoce más de un millón de especies de insectos distribuidas en todo el mundo. De esta enorme diversidad, se estima que en los agroecosistemas únicamente el 3% de las especies se comporta como plaga y el 97% está integrado por fauna auxiliar, de la cual, el 35% está representado por enemigos naturales de las plagas, entre los que destacan diversas especies de insectos depredadores y parasitoides, mientras que el 62% restante lleva a cabo otras funciones 38.

Insectos Depredadores

Son organismos de vida libre y matan a sus presas al alimentarse de ellas. Las hembras de los depredadores depositan sus huevos cerca de las posibles presas. Al eclosionar los huevos, las larvas o ninfas buscan y consumen sus presas. Los depredadores generalmente se alimentan de todos los estados de desarrollo de sus presas; en algunos casos, los mastican completamente y en otros les succionan el contenido interno, en este caso, es frecuente la inyección de toxinas y enzimas digestivas 39. De acuerdo a sus hábitos alimenticios se clasifican en: Polífagos (Se alimentan de especies pertenecientes a diversas familias y géneros), Oligófagos (Se alimentan de presas que pertenecen a una familia, varios géneros y especies), Monófagos (Se alimentan de especies que pertenecen a un solo género).

Algunos insectos depredadores que se han utilizado con éxito en la agricultura son: larvas de la mosca Aphidoletes aphidimyza (Cecidomyiidae) para el control de pulgones,  diversas especies de chinches del género Orius (Anthocoridae) que se alimentan de trips (Figura 15) y Anthocoris depredador de ácaros,  larvas del díptero Episyrphus balteatus (Syrphidae) depredador de pulgones, las catarinitas Stethorus punctillum y Coccinella septempunctata (Coccinellidae) depredadores de ácaros y pulgones respectivamente, así como Cryptolaemus montrouzieri para el control del piojo harinoso de los cítricos, larvas y adultos de la crisopa Chrysoperla spp. (Chrysopidae) para el control de pulgones, ácaros y moscas blancas (Anexo 540,41.

Aphidoletes aphidimyza
Figura 15: Aphidoletes aphidimyza es un insecto depredador utilizado para el control de pulgones y diversas especies de chinches del genero Orius.

Insectos Parasitoides

Los parasitoides son organismos generalmente monófagos. En su estado inmaduro, las larvas se alimentan y desarrollan dentro, o sobre el cuerpo de un solo insecto hospedero, al cual matan lentamente, ya sea que se trate de huevecillos, larva, pupa o muy raramente adulto de este. En la mayoría de los casos consumen todo o la mayor parte del hospedero, al término de su desarrollo larvario le causan la muerte y forman una pupa ya sea en el interior o fuera del cuerpo. Normalmente son más pequeños que el hospedero. Este tipo de enemigos naturales pueden tener una generación al año o presentar dos o más generaciones al año 42, 43.

Los insectos parasitoides son los enemigos naturales más utilizados en el control biológico aplicado y juegan un papel fundamental como reguladores naturales, esto debido a que tienen un nivel de especialización mayor al de los depredadores. Las principales especies parasitoides utilizadas son: 84% del orden Hymenoptera, 14% Díptera y 2% otros ordenes (Anexo 6) (Figura 16) 44.

Las principales especies de insectos parasitoides utilizadas son del orden Hymenoptera
Figura 16: Las principales especies de insectos parasitoides utilizadas son del orden Hymenoptera.

Insecticidas botánicos

Los insecticidas botánicos son derivados de algunas partes o ingredientes activos de las plantas. Estos productos vegetales son muy eficaces, menos costosos, biodegradables y más seguros que sus equivalentes sintéticos, los cuales son altamente persistentes en el medio ambiente y toxico para los organismos no blanco, incluidos los humanos a los cuales les causan muchas de las enfermedades no identificadas después de la bioacumulación 45.

El efecto nocivo de los extractos de plantas o sus compuestos puros contra los insectos se puede manifestar de diversas maneras, incluyendo la toxicidad, la mortalidad, inhiben el crecimiento, la supresión de comportamiento reproductivo y reducen la fertilidad y la fecundidad (Figura 17) 46.

La agricultura orgánica promueve el equilibrio entre el desarrollo agrícola y los componentes del agroecosistemas, y por esto los plaguicidas botánicos, aplicados tanto preventivamente como para controlar un ataque severo de plaga, respetan este principio, porque además de su efecto toxico y/o repelente, se descomponen rápidamente y no causan resistencia 47.

Tagetes patula es una planta toxica para las larvas de diferentes mosquitos
Figura 17: Tagetes patula es una planta toxica para las larvas de diferentes mosquitos. Sus secreciones radiculares son una barrera eficaz contra nematodos.

Feromonas para el control de plagas de insectos

Las feromonas son compuestos utilizados como señales de comunicación por los insectos. Los métodos de control directo de insectos que usan feromonas incluyen la captura masiva, las tácticas de interrupción de apareamiento (solo funciona con poblaciones aisladas), las tácticas de atraer y matar, siendo esta ultima la más eficiente. La combinación de feromonas y patógenos está diseñada para no matar a los insectos de inmediato, su objetivo es usarlos como vector de la enfermedad en la población más amplia. Todas las feromonas actualmente comercializadas se fabrican mediante síntesis química, pero también pueden ser obtenidas mediante métodos biotecnológicos, los cuales se espera que desplacen a la síntesis química en un futuro 18.

Uso de biotecnología en el control biológico en la Unión Europea

El control biológico de insectos sigue siendo un tema controversial en la actualidad, tanto en países desarrollados como en proceso de desarrollo. Específicamente en el caso de los insectos manipulados genéticamente.

En el año 2010, se reportó que,  aproximadamente 230 especies de insectos depredadores, procedentes de 10 grupos taxonómicos fueron utilizados para el control de plagas de todo el mundo. De esa cantidad, 170 especies se emplearon en Europa (Figura 5), siendo un 95% clasificado como artrópodos. 9  Miembros de la familia Cleridae son depredadoras importantes de Ips typographus, ubicadoen Europa Centraltal es el caso de Thanasimus spp. También se puede mencionar a Phitoseiulus permisimilis, empleado para el control de ácaros.6

Control biológico empleado por continente
Figura 5: Control biológico empleado por continente.

Con respecto a los insectos transgénicos, se llevó a cabo un intento de liberar insectos modificados genéticamente al medio ambiente en Europa, particularmente en España. En el año 2013, la empresa británica Oxitec, caracterizada por manipular genéticamente insectos plaga como lo son Plutella xylostella, Ceratitis capitata, solicitó al gobierno español permiso para la liberación de ejemplares macho de la mosca de olivo, denominada OX3097D. Dichas moscas presentan letalidad a tetraciclina en la descendencia femenina, así como un marcador de fluorescencia para distinguir las moscas transgénicas de las silvestres. Ante esta solicitud, diversas organizaciones ecologistas, entre ellas Greenpeace alzaron la voz, oponiéndose ante la solicitud debatiendo que, “La liberación de insectos modificados genéticamente en el medio es un experimento peligroso que convertirá a toda Europa en un laboratorio al aire libre. Los insectos no respetan las fronteras, y la esterilidad nunca es 100% efectiva. Podrían escaparse del área de experimentación y si, como con tantos otros ensayos, las cosas no funcionan según el plan, será imposible desmantelar el experimento”. Ante el rotundo rechazo que el Departamento de Agricultura, Ganadería, Pesca y Alimentación (DARP) dio con respecto a la liberación de estas moscas, Oxitec retiró la solicitud en el año 2015. De haber sido aceptada esta solicitud se  hubiera convertido en la primera liberación de insectos transgénicos en Europa.10  

Aplicación de la biotecnología para el control biológico en el continente Americano y México

La aplicación de la ingeniería genética para mejorar la resistencia de cultivos a plagas o patógenos ha abierto un sinfín de posibilidades para el control biológico. Un ejemplo es el cultivo en el norte de México y en Estados Unidos, de algodón BOLLGARD® producido por la compañía Monsanto, el cual se comenzó a cultivar a partir del año 1996, seguidos por  Argentina y Colombia en el año 2004 11, dicha planta también es utilizada con la capacidad de producir una proteína que es generada naturalmente por Bacillus thurigensis subsp. kurstaki (B.t.k.) la cual es tóxica para los insectos especialmente para Lepidópteros y para sus orugas, dicho cultivo es eficaz contra las especies Helicoverpa armigeraPectinophora gossypiella y Earias insulana 12 los cuales son de gran importancia ya que generalmente son las encargadas de plagar los cultivos de algodón.

Mapa del Plásmido PV-GHBK04 utilizado dentro de A. tumefaciens para producir algodón Bollgard
Figura 6. Mapa del Plásmido PV-GHBK04 utilizado dentro de A. tumefaciens para producir algodón Bollgard, además se muestra la flor de dicho algodón.

En México destacan principalmente los ejemplos como el ya mencionado de Bacillus thuringiensis y de hongos que atacan insectos. En el caso de agentes biológicos para el control de enfermedades (principalmente producidos por hongos), los éxitos comerciales son todavía limitados y están basados principalmente en hongos de los géneros Trichoderma, Gliocladium, Streptomyces, Coniothyrium y Candida, y bacterias de los géneros Pseudomonas, Bacillus y Agrobacterium 13.

El  uso comercial y a gran escala de este tipo de productos ha sido muy limitado, una de las limitantes más importantes para alcanzar el uso a nivel comercial de los agentes de control biológico es que, a diferencia de los pesticidas o antimicrobianos químicos, que generalmente hacen disminuir rápidamente la densidad de la plaga o la severidad de la enfermedad, la eficacia de los productos biológicos en el campo depende sensiblemente de factores ambientales difíciles de controlar (temperatura, humedad, acidez, exposición a luz ultravioleta, etcétera) 14. Además, la comercialización de los agentes de control biológico se ha visto limitada por la falta de métodos rigurosos de evaluación que permitan anticipar de manera racional las complejas interacciones entre planta, la plaga o agente patógeno, el agente de control biológico, el suelo y el ambiente, presentes todos en el campo 15.  

Por otra parte, para el resto de América en Brasil específicamente, se ha aplicado control biológico para el barrenador de la caña de azúcar con el uso de parasitoides, para el gusano terciopelo de la soya con AgMNPV, chinches de la soya con parasitoides, avispa de la madera Sirex con nematodos, entre algunos otros, mediante métodos clásicos de biotecnología. Así mismo, en Chile se ha aplicado a la polilla de los brotes de los pinos con Orgilus obscurator, oscas caseras con parasitoides, y hay muchos otros programas aumentativos en desarrollo para el control de un mayor número de plagas; en Colombia se busca atacar a plagas del algodón, soya, sorgo y caña de azúcar con Trichogramma y otros parasitoides, moscas caseras con parasitoides, entre otras; Venezuela para el barrenador de la caña de azúcar el uso del gusano soldado (Telenomus), para plagas del sorgo (Trichogramma), entre algunos otros; Perú plagas de la caña de azúcar, arroz y maíz (Trichogramma, Telenomus), plagas en cítricos (Aphytis local), plagas en olivo (Methaphycus) y otros 16.

Perspectivas a futuro del uso del control biológico

Debido a que aumentarán las demandas de pruebas de especificidad de hospederos, las que son complicadas y lentas, es posible que muchos programas factibles terminen en el laboratorio del investigador y tal vez en el futuro, sólo serán posibles en laboratorios especializados con equipos cooperativos que estén disponibles para cubrir los muchos aspectos del trabajo. Sin embargo, especialmente el enfoque de control biológico, será necesario en el futuro aún más que en la actualidad, conforme los problemas con una mayor diversidad de especies invasoras continúen creciendo a un paso alarmante 16.

Por ello, esta área aún está por desarrollarse en México de manera más completa, con respeto a los organismos con capacidad de control biológico. Ya que actualmente, esfuerzos por buscar la sustentabilidad de los cultivos y preservar el ambiente demandan una visión interdisciplinaria en la concepción y diseño de nuevas estrategias de manejo de las enfermedades. Por otro lado, la diversidad ecológica de nuestro país, el hecho de que nuestros sistemas agrícolas se encuentran relativamente poco perturbados, y la composición socioeconómica y cultural de los productores mexicanos, hacen del control biológico una opción con futuro 17.

Conclusión

Las alternativas mencionadas en este trabajo representan un método viable para ser utilizados dentro de esquemas de control biológico de plagas causantes de enfermedades tanto en humanos como en plantas. Su uso permite mantener la productividad del campo sin contaminarlo y sin poner en riesgo la salud de la población que entra en contacto directo o en forma indirecta con estos insumos. Sin embargo, es necesario realizar estudios de impacto ambiental del lugar donde se utilicen, ya que si el agente biológico que se está utilizando no es originario de la región donde se esté aplicando, se corre el riesgo de la introducción de nuevas cepas u organismos que pueden en algunos casos, traer consigo un desplazamiento de las especies que ya están establecidas.

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Anexo 1. Microorganismos y agentes patógenos de insecto 48.

GrupoEspecies RepresentativasInsectos susceptibles
VirusVirus de la poliedrosis nuclearLepidóptera, Hymenóptera, Coleóptera, Díptera, Neuróptera, Ortóptera, Trichoptera, Hemíptera, y otros
Adoxophyes oranagranulovirus (GV) + Homonamagnanima GVAlgunas polillas (Adoxophyes honmai y Homona magnanima)
Virus de la poliedrosis nuclear de la mosca de la sierra del pinoPalomilla de la manzana (Cydia pomonella) Mosca de la sierra del pino (Diprion similis)
Virus de la poliedrosis nuclear de Heliothis virescensGusano Bellotero (Heliothis virescens)
RickettsiaRickettsiella melolonthaeColeóptera, Díptera, Ortóptera
HongosBeauveria bassianaLepidóptera, Homóptera, Himenóptera, Coleóptera, Díptera (Trips, mosca blanca)
Metarhizium anisopliaeLepidóptera, Homóptera, Himenóptera, Coleóptera, Díptera (Trips, mosca blanca, Cucarachas)
Verticillium lecaniiCucarachas
Isaria fumosoroseaMosca blanca (Bemisia tabaci)
Lecanicillium longisporumÁfidos, mosca blanca (Bemisia tabaci yTrialeurodes vaporariorum)
NemátodosSteinernema carpocapsaeLos gorgojos, gusano cortador negro, gusano cortador común, polilla del melocotón
Steinernema glaseriGusanos blancos, gorgojos, gusano cortador negro, Gusano azul, gusano cortador de césped Gusano cogollero (S. frugiperda)
ProtozoariosNosema locustaeSaltamontes, langostas

 
Anexo 2. Uso de transgénes y su modo de acción 49.

TransgénFuente y modo de acciónEjemplo de uso
Bacillus thuringiensis (Bt) endotoxinaLa endotoxina de Bacillus thuringiensisLa endotoxina de Bacillus thuringiensis
Proteína insecticida vegetativa (VIP)VIPs son producidos por Bacillus cereus y Bacillus turingiensico.Tienen una actividad similar a las endotoxinas de Bt. Vip1 / Vip2 son tóxicos para los insectos coleópteros y Vip3 es tóxico para los insectos lepidópterosMuy tóxico para las especies Agrotis y Spodoptera. VIP indujo la parálisis intestinal, la lisis completa de las células epiteliales intestinales y dio como resultado la mortalidad larvaria
Quitinasa (Enzima)La quitinasa cataliza la hidrólisis de la quitina, que es uno de los componentes vitales del revestimiento del tracto digestivo en insectos y no está presente en plantas y animales superiores.La colza transgénica (Brassica napus) que expresaba M. sexta quitinasa y toxina de insecto de escorpión aumentó la mortalidad y redujo el crecimiento de Plutella maculipenis
Colesterol Oxidasa (Enzima)El colesterol oxidasa es una enzima bacteriana que cataliza la oxidación del colesterol. Funciona dañando las membranas del intestino medioLa colesterol oxidasa de Streptomyces causó retraso en el crecimiento de H. virescensH. zea y Pectinophora gossypiella cuando se incorporó a una dieta artificial
Lipoxigenasa (Enzima)Las enzimas dioxigenasas están ampliamente distribuidas en plantas y catalizan la hidroperoxidación de restos cis-cis-pentadieno en ácidos grasos insaturados. Funciones dañando las membranas del intestino medioLa lipoxigenasa de la soja retrasa el crecimiento de Manduca sexta cuando se incorpora en la dieta artificial

Anexo 3. Propiedades de Cultivos Genéticamente Modificados 49.

CultivosPropiedades de las variedades genéticamente modificadasModificación
MaízResistencia a los insectos mediante la producción de proteínas Bt. Además de la adición de alfa amilasa, que convierte el almidón en azúcar para facilitar la producción de etanolNuevos genes, algunos de la bacteria Bacillus thuringiensis añadidos / transferidos al genoma de la planta
AlgodónElimina las plagas de insectos susceptiblesGen para una o más proteínas cristalinas de Bt transferidas al genoma de la planta
PapaResistencia de Bt contra el escarabajo de Colorado y resistencia contra 2 virusNueva hoja: gen de una o más proteínas cristalinas de Bt transferidas al genoma de la planta
SoyaElimina las plagas de insectos susceptiblesGen para una o más proteínas cristalinas de Bt transferidas al genoma de la planta
TomateMostró resistencia al gusano del tabaco, al gusano del tomate, al gusano del tomate y a la broca del tomateLa toxina insecticida de la bacteria Bacillus thuringiensis se ha insertado en una planta de tomate
GarbanzoMostró resistencia al gusano Helicoverpa armigeraSe ha insertado la toxina insecticida de la bacteria Bacillus thuringiensis

Anexo 4. Bioinsecticidas a base de hongos entomopatógenos 48.

Agente BiológicoNombre ComercialHuéspedesPaís
Beauveria bassianaBEA-SINLepidópterosMéxico-Sinaloa
AGO BIOCONTROLColeóptera/ Hemíptera/ Lepidóptera/ DípteraColombia
OSTRINILOstrinia nubilalisFrancia
BOTANI GARDTrips, mosca blanca, polilla dorso de diamanteJapón
Lagenidium giganteumLAGINEXMosquitosE.U.A.
M. anisopliaeSALTGREENAneolamia spp, ProsapiaMéxico-Córdoba
BIOGREENAdoryphouse couloniAustralia
GREEN MUSCLELocusta pardalina y otras langostas y chapulinesSudáfrica
P. fumosoroseusPAE-SINMosquita blancaMéxico– Sinaloa
PREFERDMosquita blanca, áfidosJapón
Verticillium lecaniiAPHINBrevycorine brassicaeMéxico
VERTALECÁfidosSuiza
MYCOTALMosquita blanca/ tripsHolanda/ Suiza
Lecanicillium longisporumVERTALECÁfidosJapón

Anexo 5. Principales órdenes y familias de insectos depredadores 38.

OrdenFamiliaPrincipales Presas
ColeópteraCoccinellidaePulgones, escamas, cochinillas y moscas blancas
CleridaeLarvas de mariposas, picudos y chicharritas
MelyridaeHuevos, lavas, pupas, adultos de tamaño pequeño y cuerpo blando de diversos insectos
CarabidaeLarvas y pupas de mariposas y avispas
HemípteraAnthocoridaeTrips, ninfas de mosquita blanca, pequeñas larvas de mariposas, acaros y pulgones.
GeocoridaePequeños insectos de diferentes grupos.
NabidaePulgones y larvas de mariposas
ReduviidaePulgones, larvas de mariposa, escarabajos y chicharritas.
PentatomidaeEscarabajos y catarinitas plaga.
PhymatidaeAbejas, moscas, mariposas y otras chinches.
DípteraAsilidaeChapulines, escarabajos, avispas, abejas, huevecillos de chapulines y otras moscas.
SyrphidaeLas larvas son depredadores de pulgones y pequeñas larvas de mariposas.
NeurópteraChrysopidaeSus larvas se alimentan de pulgones, escamas, mosquitas blancas, ácaros, huevos, larvas de mariposas, escarabajos y trips.
HymenopteraFormicidaeLa mayoría son depredadores generalistas.
VespidaeDepredadores generalistas
DermápteraForficulidaePulgones, huevos y larvas de mariposas y palomillas
MantodeaMantidaeDepredadores generalistas
OdonataCalopterygidaeMoscas, mosquitos y otros insectos pequeños.
CoenagrionidaeMoscas, mosquitos y otros insectos pequeños.

 Anexo 6. Principales órdenes y familias de insectos parasitoides 38.

OrdenFamiliaTipo de Hospedero
HymenopteraAphelinidaeEscamas, pulgones, mosquitas blancas, psílidos, chinches y moscas entre otros.
BraconidaeLarvas de escarabajos, moscas, mariposas, así como pulgones y chinches.
ChalcididaeLarvas o pupas de mariposas, moscas, escarabajos, crisópidos y otras avispas.
EncyrtidaeEscamas, huevo o larvas de escarabajos, moscas, mariposas, crisópidos y avispas, huevos de chapulines y chinches.
EulophidaeHuevos, larvas, pupas y adultos de 10 órdenes de insectos, inclusive acuáticos.
FigitidaeLarvas de moscas, crisópidos y avispas.
IchneumonidaeLarvas de escarabajos, mariposas y avispas.
MymaridaeHuevos de cícadas, chapulines, grillos, escarabajos, chinches, pulgones y moscas.
PerilampidaePupas de avispas, escarabajos y crisópidos.
PteromalidaeLarvas de escarabajos, pulgones, chicharritas, cigarras y moscas.
ScelionidaeHuevos de mariposa, grillos, chapulines, mántidos, chinches, cigarras, chicharritas, escarabajos y moscas entre otros.
TorymidaeParasitan a más de 51 familias en 8 órdenes de insectos, especialmente avispas y moscas formadoras de agallas.
TrichogrammatidaeHuevos de mariposas, chinches, escarabajos, trips, moscas, crisópidos y otros himenópteros.
DipteraTachinidaeLarvas de mariposas, escarabajos, estados inmaduros de chinches, saltamontes y chapulines.

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