La semilla del cupay (copaíba en portugués, Copaifera langsdorffii), un árbol de hasta 30 metros de altura que crece a orillas del río Paraná en el centro-oeste del estado de São Paulo, en un área de transición entre el Bosque Atlántico y el “Cerrado” (Sabana), contiene una proteína que inhibe o metabolismo y el crecimiento de las larvas del caruncho (Callasobruchus maculatus), un tipo de gorgojo con acción devastadora sobre la agricultura. El estudio es de Sérgio Marangoni y su doctorando José Antônio da Silva, del Instituto de Biología de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), y abre perspectivas para la elaboración de insecticidas naturales, menos tóxicos.
También conocido como broca, gorgojo o carpintero, el caruncho tiene un ciclo de vida de apenas 20 ó 30 días. Pero aun así, logra destruir cerca de la mitad de la cosecha brasileña anual de fríjol caupí (Vigna unguiculata), ampliamente consumido en el norte y el nordeste del país y, de una manera general, causa pérdidas de entre un 30% ó un 40% entre los principales granos cultivados en el país -principalmente maíz, trigo, soja y arroz.
Este insecto ataca tanto las vainas verdes como al fríjol almacenado. El ataque comienza en el campo, con una infestación de alrededor del 2% de las semillas, pero las pérdidas principal suceden durante el almacenamiento. A nivel mundial, según la Organización de la Naciones Unidas para Alimentación e Agricultura (FAO), las pérdidas por causadas por los gorgojos representan un 10% de la producción total de granos. En Brasil, las pérdidas promedio se ubican en torno a un 20%, pero en algunos lugares pueden llegar al 70%.
“El caruncho”, comenta Marangoni, “provoca una reducción directa del peso y la calidad de las semillas, que de esta manera se tornan inviables, tanto para el consumo como para el cultivo. Éste es un serio problema alimentario, ya que la principal fuente de proteínas de las poblaciones más pobres en Brasil es justamente el fríjol”. La acción devastadora comienza en el campo, con el ataque a los granos de cereales.
En un solo grano de poroto o fríjol, maíz o soja, cada hembra pone entre 60 y 80 huevos. Así se desencadena una progresión geométrica que los insecticidas no logran detener. El ataque prosigue durante el almacenamiento, atraviesa el procesamiento y llega hasta los alimentos industrializados. Por eso pueden encontrarse gorgojos incluso en paquetes cerrados de fideos guardados en la alacena: los huevos sobrevivieron a la molienda del trigo y a la manufactura de la masa y solamente mueren en contacto con el agua hirviendo, durante la preparación de la comida.
Proteína fatal
Marangoni y Silva partieron de un perfil de 20 años de trabajo del Laboratorio de Química de Proteínas de la Unicamp. Durante tres años, probaron con muchos vegetales, hasta verificar que el extracto proteico de las semillas de cupay, usadas como alimento por los pájaros, se mostraron resistentes al desarrollo de las larvas del insecto. Los investigadores han estudiado varios inhibidores de semillas, entre ellos los inhibidores de pata de vaca (Bauhinia variegata) y flamboyant (Delonix regia).
Una vez hallado el camino, ambos encararon con renovados ánimos el estudio de las proteínas de las semillas de cupay y, en el año 2000, detectaron que una de éstas inhibe la acción de la serinoproteasa tripsina – una enzima digestiva del gorgojo. “En el fríjol, alimento natural del gorgojo, existe una proteína inhibidora de la tripsina, pero el caruncho ya ha desarrollado un mecanismo de resistencia a ésta”, cuenta Marangoni. Pero la proteína que ambos investigadores descubrieron, llamada inhibidor de serinoproteasa o TDI, bloquea el proceso digestivo del gorgojo, que deja de alimentarse y se debilita hasta morir en pocos días.
En el laboratorio, una vez definido el interés por el copay, las semillas fueron trituradas. Del polvo resultante se retiró el TDI inhibidor de la tripsina y, a partir de éste, se produjeron semillas artificiales, que fueron utilizadas como alimento para larvas del gorgojo. Al alimentarse con la falsa semilla, el insecto comenzaba a debilitarse y moría, ya que el TDI inhibe la acción de las enzimas proteolíticas (o proteasas) de su tubo digestivo.
Este trabajo refuerza la hipótesis que indica que los inhibidores de tripsina están vinculados a los mecanismos de defensa de las leguminosas, como el fríjol. La próxima etapa consistirá en transportar el gen del inhibidor del cupay a los granos transgénicos. Otra vertiente es el uso de la proteína en la fabricación de cebos naturales contra el gorgojo.
Bajo la dirección de Marangoni, Silva estudia la secuencia completa de la proteína con cristalografía de rayos X, en colaboración con el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS), y elabora un modelo tridimensional de la proteína. Ya ha descubierto que la misma es pequeña. Poco a poco, ese modelado va mostrando los mecanismos de interacción de la proteína con las enzimas digestivas, y sugiere estrategias. Para Silva, no existe preocupación con los efectos sobre la salud humana, ya que el TDI es de la misma familia que las proteínas ya existentes en el fríjol, con la ventaja de que ese inhibidor enzimático se ha mostrado más resistente por estar presente en especies evolutivamente distintas. El problema reside en cómo mantener la modificación genética.
“La originalidad de este trabajo de la semilla de cupay consistió en encontrar en la flora brasileña un agente eficiente contra una plaga de nuestra agricultura”, dice Marangoni. El desafío de encontrar en la biodiversidad nacional un producto natural de combate a una plaga agrícola de tal dimensión ha sido vencido y reconocido con el relato de la identificación del inhibidor de tripsina este año en el Journal of Protein Chemistry. “De cualquier manera”, concluye, “serán todavía necesarios algunos años de investigación hasta que sea posible reducir la voracidad del gorgojo”.
EL PROYECTO
Aislamiento y Caracterización Bioquímica de Inhibidores de Proteinasas Serínicas de Semillas de Copaifera langsdorffii. Estudio de la Acción Antifungicida y Resistencia contra el Brúquido callosobruchus Maculatus
Modalidad
Línea regular de auxilio a la investigación
Coordinador
Sérgio Marangoni – Instituto de Biología de la Unicamp
Inversión
R$ 101.807,60
