Agricultores de todo el mundo pierden miles de millones de dólares anualmente con el ataque de las más diversas plagas que se abaten sobre sus plantíos. Algunos estudios revelan que en Brasil, alrededor del 30% de los principales cultivos es diezmado por insectos y otras plagas, tales como ácaros y hongos. Para combatir este problema, los agricultores tienen a disposición un vasto arsenal de insecticidas químicos, bioinsecticidas y, desde hace algún tiempo, las llamadas proteínas pesticidas que, cuando se las inserta en el material genético de las plantas – que por eso mismo se convierten en organismos genéticamente modificados –, actúan como biopesticidas, matando a determinados tipos de insectos, hongos e incluso virus. La producción de toxinas proteicas más empleadas hoy en día corre por cuenta de bacterias de la especie Bacillus thuringiensis. Conocidas como toxinas BT, se utilizan abundantemente en cultivos de maíz, algodón y papas en Estados Unidos y otros países, que permiten el uso de transgénicos. Pese a ser de eficientes en el control de las plagas, las toxinas BT tienen una acción limitada, pues brindan protección únicamente contra un número restringido de insectos, a veces contra una sola especie de abejorro, mariposa, pollilla, mosca o mosquito.
El avance en las investigaciones con estos biopesticidas llevó a un grupo de investigadores del Laboratorio de Proteínas Tóxicas (Laprotox) de la Universidad Federal del Río Grande do Sul (UFRGS) a descubrir un nuevo tipo de proteína insecticida de acción mucho más amplia y segura que la toxina BT. Se trata de un grupo de proteínas, conocidas como ureasas, producidas por las propias plantas, con actividad insecticida contra abejorros, gorgojos, chinches y pulgones, insectos inmunes a la toxina BT. Estos bichos son plagas importantes de la agricultura brasileña. La soja, por ejemplo, es atacada por la chinche verde (Nezara viridula), el algodón, por el arrebiatado (Dysdercus peruvianus) y el poroto de agua por el gorgojo Callusobruchos maculatus. “Los pulgones, además de alimentarse de plantas, son vectores transmisores de enfermedades”, afirma la biomédica Célia Carlini, coordinadora del Laprotox e investigadora responsable de la novedad. La toxina proteica es también eficiente en el combate contra las plagas urbanas, como las termitas y las cucarachas. A este fin, el producto puede pulverizarse en los ambientes de estos insectos, o ponérselo en trampas o cebos.
En los plantíos, la proteína debe insertarse en una planta, que así será genéticamente modificada. Para ello, los investigadores desarrollaron un gen artificial que codifica apenas el tramo de la proteína que es tóxico para el insecto. Luego de ingerir la ureasa, enzimas del tipo catepsinas del propio insecto rompen la proteína, y un fragmento atraviesa la membrana de las células intestinales, llegando a los tejidos aún no identificados por los científicos y llevando al animal a la muerte. “Nuestra proteína presenta una gran ventaja en lo que hace a la cuestión de la bioseguridad, si se la compara con la toxina BT”, afirma Célia. “Está presente en alimentos que la población consumen diariamente, como los fríjoles y las plantas de la familia de las curcubitáceas, como el melón, la sandía, el zapallo y el pepino. Esto es una señal de que no le hace mal a nuestro organismo”. De este modo, plantas tales como la soja modificada genéticamente con la proteína insecticida, no le ocasionarían ningún mal a los seres humanos.
Dos patentes
Las investigaciones del grupo gaúcho resultaron en dos patentes, ambas asociadas al proceso de producción del fragmento de la proteína con acción tóxica. Este fragmento es un péptido, caracterizado así por ser un compuesto formado por una cadena de 81 aminoácidos. Los investigadores le dieron el nombre de jaburetox, palabra formada por jack bean, nombre en inglés del fríjol pardo o canavalis – el vegetal donde la proteína fue identificada por primera vez –, más ureasa y toxina. Como el grupo sabía que el poder tóxico de la proteína estaba en el fragmento formado durante la digestión del insecto, la decisión siguiente fue intentar producir esta molécula en laboratorio. Y el resultado fue sorprendente: estudios mostraron que el jaburetox actuaría en una variedad mucho mayor de cultivos agrícolas y contra muchos otros insectos, incluso aquéllos inmunes a la toxina BT. “Nuestras dos patentes cubren todos los procesos de producción de ese péptido, ya sea por mediante purificación de ureasas y las enzimas del insecto, o por la construcción de un gen artificial, que enseña a la célula a fabricar ese péptido. Este gen artificial puede introducirse en una bacteria o levadura, para la producción del péptido en un tubo de ensayo o en una planta, en un proceso de transgenia”, explica Célia.
El descubrimiento del péptido jaburetox, que podrá transformarse en un importante aliado en el combate contra las plagas del campo, es el corolario de más de dos décadas de investigación de la biomédica Célia Carlini, experta en biología molecular orientada a la química de las proteínas. “Nuestras investigaciones se iniciaron en 1981 con el estudio de la proteína canatoxina (CNTX), encontrada en el fríjol del cerdo o canavalia (Canevalia ensiformis). Este tipo de fríjol no es comestible, pero sí es muy utilizado como abono verde. Altamente productivo y con elevado valor proteico, se lo planta con la finalidad de incorporar nitrógeno al suelo”, explica la investigadora. De 1998 a 2005, Célia recibió financiación de 295 mil reales proveniente de varios programas de la Coordinación del Perfeccionamiento del Personal de Nivel Superior (Capes), del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) y de la Fundación de Apoyo a Investigación del Estado de Río Grande do Sul (Fapergs).
Una familia conocida
“Durante mi maestría, aislé la canatoxina y empecé a estudiar su mecanismo de acción. En 1997, durante mi posdoctorado en el Centro de Ciencia de Insectos de la Universidad de Arizona, Estados Unidos, descubrí que tenía actividad insecticida”. En un estudio con ocho insectos diferentes, se mostró eficaz en el combate contra el gorgojo del poroto de agua y la vinchuca Rhodnius prolixus. Pero, recién en 2001, la investigadora y su equipo descubrieron que la canatoxina pertenecía a una familia de proteínas bastante conocida en las plantas, llamadas ureasas. “Fue un descubrimiento importante, pues constatamos que existe una oferta mucho mayor de genes, ya que la ureasa es hallada en varios vegetales. Al mismo tiempo, nos quedamos más tranquilos en cuanto a su bioseguridad, pues estas plantas son comestibles, al contrario que el fríjol pardo o canavalia, la fuente original de la canatoxina.”
Las pruebas de laboratorio, de acuerdo con la investigadora, han revelado que el péptido no es tóxico en ratones y lauchas. “Las primeras plantas transgénicas están en etapa de pruebas de laboratorio, y los resultados saldrán antes de fin de año. Estamos probando el tabaco transgénico y estudiando la acción de la toxina sobre orugas Manduca sexta y pulgones de la especie Trips tabaci, que son plagas del tabaco”. Al mismo tiempo, el grupo, que ha publicado más de 50 artículos en periódicos nacionales e internacionales, está en contacto con investigadores de Embrapa Recursos Genéticos y Biotecnología y de la UFRGS especializados en transgenia de algodón y soja, para la realización de experimentos con el péptido en estos cultivos, y con investigadores de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, de la Universidad de São Paulo de Piracicaba (São Paulo), para probar el descubrimiento en la caña de azúcar. En caso de que el resultado de las pruebas demuestre que la proteína tiene una acción tóxica contra las plagas que atacan a estos plantíos, el próximo paso consistirá en hallar un socio para iniciar la producción comercial del nuevo biopesticida.
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