Los científicos han determinado que la bacteria Bacillus thuringiensis, después de tres días de crecimiento en un medio nutritivo sólido, provoca el doble de tasa de mortalidad de larvas de polilla de la cera en comparación con las bacterias cultivadas en un medio líquido. Al tercer día de crecimiento en un medio sólido, las colonias de estos microorganismos contienen más esporas y toxinas, lo que los hace más peligrosos para las plagas. La información sobre el ciclo de vida y el desarrollo de Bacillus thuringiensis puede contribuir al desarrollo de insecticidas biológicos eficaces: preparaciones basadas en microorganismos para proteger las plantas de las plagas.
Los resultados del estudio, apoyado por una subvención de la Fundación Rusa para la Ciencia (RSF), fueron publicados en el Journal of Invertebrate Pathology.
Bacillus thuringiensis es una bacteria que se ha utilizado en la agricultura durante más de cien años para controlar plagas de insectos como larvas de mariposas, escarabajos, mosquitos y moscas (incluidos el escarabajo de la patata, la polilla de la col, la polilla dorso de diamante y otros).
Estas bacterias son seguras para los humanos y para los insectos beneficiosos como las abejas y las mariquitas, ya que sus toxinas solo afectan a ciertos grupos de insectos. En particular, las toxinas Cry, producidas por las bacterias durante la formación de esporas (estructuras que les permiten sobrevivir en condiciones desfavorables), destruyen los intestinos de un insecto cuando entran en su cuerpo, lo que conduce a su muerte.
Las esporas de Bacillus thuringiensis proporcionan a las bacterias resistencia a las influencias externas y, cuando germinan en los intestinos del insecto, liberan enzimas adicionales que potencian el efecto de la toxina Cry y ayudan a superar la inmunidad de la plaga. Todo esto hace que Bacillus thuringiensis sea un medio eficaz para proteger las plantas de las plagas en la agricultura.
Cuando Bacillus thuringiensis ingresa al cuerpo del insecto, pasa por tres etapas de desarrollo. Al principio, las bacterias se multiplican activamente en el cuerpo del huésped, secretando factores de virulencia, una especie de «arma» que puede potenciar el efecto de la toxina Cry o ayudar a evitar la respuesta inmune del huésped, lo que conduce a su muerte (etapa virulenta). Las bacterias luego comienzan a utilizar nutrientes de las células muertas del insecto después de que muere (etapa necrotrófica). En la etapa final, cuando hay falta de nutrientes, forman esporas y nuevas toxinas Cry para asegurar su supervivencia (etapa de esporulación).
La bacteria puede crecer tanto en medios líquidos como sólidos. Los medios líquidos se utilizan con mayor frecuencia para la producción biotecnológica de biopreparados y hasta cierto punto imitan las condiciones en las que la bacteria se encuentra en la hemolinfa («sangre») del insecto, mientras que los medios sólidos corresponden al entorno natural de las bacterias fuera del huésped, por ejemplo, en las hojas de las plantas y en la superficie del suelo. Sin embargo, hasta ahora no está del todo claro cómo estas condiciones influyen en la estrategia de desarrollo y virulencia de las bacterias, es decir, su capacidad de provocar la muerte de un insecto tras una infección.
Científicos de la Universidad Estatal Agraria de Novosibirsk, junto con colegas de la Universidad de Galway en Irlanda y la Universidad de Swansea en el Reino Unido, realizaron un estudio en el que compararon cómo las condiciones de crecimiento de Bacillus thuringiensis (en un medio líquido o en una superficie sólida) afectan su virulencia.
Como objeto modelo del estudio se utilizaron larvas de laboratorio de la polilla de la cera, que en condiciones naturales se alimentan de miel, pan de abeja y panales de abejas, causando así daños a la apicultura.
En el estudio, los científicos cultivaron Bacillus thuringiensis en diversas condiciones, midiendo su tasa de crecimiento, la formación de esporas y la actividad de los genes asociados con la virulencia. Luego infectaron larvas de polilla de la cera con estas bacterias para evaluar con qué eficacia los microorganismos, cultivados en diferentes condiciones, mataban a los insectos.
Estudios han demostrado que las bacterias que se desarrollaron en colonias en un medio sólido durante tres días causaron el doble de mortalidad de larvas en comparación con las bacterias cultivadas en medio líquido.
Durante este período, las colonias contenían más esporas y toxinas Cry, lo que contribuyó a aumentar la mortalidad de los insectos cuando se infectaron. Sin embargo, al séptimo día de observación, las diferencias de virulencia entre las bacterias cultivadas en diferentes condiciones habían desaparecido, ya que la mayoría de las células de ambas poblaciones habían completado la formación de esporas y la síntesis de la toxina Cry.
La investigación de los científicos también analizó la actividad de genes clave que regulan el ciclo de vida de Bacillus thuringiensis . Se encontró que en un medio sólido, la actividad del gen responsable de la formación de esporas y la síntesis de la toxina Cry fue significativamente mayor al tercer día de crecimiento que en un medio líquido. Al mismo tiempo, la actividad del gen responsable de la producción de factores de virulencia adicionales se mantuvo alta tanto en bacterias líquidas como sólidas. Sin embargo, para las bacterias en un entorno líquido, la ausencia de la toxina Cry no proporcionó ninguna ventaja.
Así, la principal diferencia es que en un medio sólido, el proceso de formación de esporas y producción de toxina Cry comienza en una etapa más temprana, lo que hace que las bacterias sean más amenazantes para las plagas de insectos.
Además, en esta población bacteriana se observa una “división del trabajo”: un grupo de células es responsable de la esporulación y la síntesis de la toxina Cry, mientras que otro grupo produce activamente factores de virulencia adicionales.
Los científicos creen que tal diversidad de etapas de vida ayuda a los microorganismos a adaptarse mejor a las condiciones ambientales cambiantes y aumenta sus posibilidades de supervivencia.
Comprender cómo las condiciones de crecimiento de Bacillus thuringiensis influyen en su capacidad de infectar insectos es importante para el desarrollo de biopesticidas más efectivos.
Los investigadores señalan que para que estos productos de control de plagas se produzcan con éxito en masa, las bacterias deben completar el proceso de formación de esporas. Estudios han demostrado que cuando las bacterias se cultivan en un medio sólido, el proceso de esporulación ocurre más rápidamente.
La primera autora del estudio es Tatyana Krytsyna. Fuente: Centro de prensa de NSAU.
La segunda autora del estudio es Ekaterina Grizanova . Fuente: Centro de prensa de NSAU.
“En estudios futuros, pretendemos investigar el ciclo de vida de las poblaciones de Bacillus thuringiensis en insectos tras la inyección. Esto ayudará a comprender mejor cómo se adaptan las bacterias a diversas condiciones dentro del huésped y cómo aumentar la eficacia de los biopreparados”, comparte Ekaterina Grizanova, doctora en Biología, investigadora principal y profesora asociada del Departamento de Protección Vegetal de la Universidad Estatal Agraria de Novosibirsk, responsable del proyecto financiado con una beca de la Fundación Rusa para la Ciencia.
Fuente: servicio de prensa de la Fundación Rusa para la Ciencia.
La foto del título muestra bacterias en un termoagitador. Fuente: Centro de prensa de NSAU.
