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El glifosato inhibe las bacterias simbióticas en los escarabajos

El glifosato inhibe las bacterias simbióticas en los escarabajos
Escarabajo de dientes de sierra Oryzaephilus surinamensis sobre copos de avena. Crédito: Julian Kiefer, Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Los escarabajos de los granos con dientes de sierra viven en asociación simbiótica con las bacterias. 


por Max Planck Society

Sus socios bacterianos proporcionan bloques de construcción importantes para la formación del exoesqueleto del insecto, que protege a los escarabajos de sus enemigos y de la desecación. En un nuevo estudio, un equipo de científicos de la Universidad Johannes Gutenberg en Mainz, el Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena y el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada de Japón demuestra que el glifosato inhibe las bacterias simbióticas del escarabajo del grano.

Los escarabajos expuestos al herbicida ya no reciben los componentes básicos que necesitan de las bacterias. El estudio muestra que el glifosato tiene el potencial de dañar a los insectos indirectamente al atacar a sus socios bacterianos y contribuir así a su declive.

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Los organismos no existen de forma aislada, sino en una intrincada red de interacciones ecológicas. Estas interacciones deben tenerse en cuenta al juzgar el impacto de las actividades humanas. Los insectos en particular se benefician de diversas formas de los simbiontes microbianos, principalmente a través de nutrientes suplementados y defensas químicas.

Sin embargo, los beneficios derivados de tales asociaciones simbióticas también pueden hacer que el insecto sea más vulnerable. Los insectos hospedadores a menudo se vuelven tan dependientes de sus socios microbianos que difícilmente pueden sobrevivir solos. Sin simbiosis, el desarrollo de los insectos puede retrasarse o prevenirse, su susceptibilidad a los enemigos naturales puede aumentar, su potencial reproductivo y su competitividad con sus congéneres pueden verse afectados o pueden morir.

Efectos del glifosato sobre bacterias simbióticas

El glifosato es actualmente uno de los pesticidas más utilizados en la agricultura, a pesar de la creciente controversia sobre sus efectos secundarios potencialmente dañinos. Se supone que suprime de forma selectiva el crecimiento de las plantas al inhibir la biosíntesis de aminoácidos aromáticos a través de la llamada vía del shikimato, una vía metabólica que se produce en las plantas y en muchos microorganismos. Los animales, por otro lado, no codifican la vía del shikimato y, por lo tanto, se cree que el glifosato no los daña.

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Sin embargo, muchos animales participan en interacciones mutualistas con microbios simbióticos que dependen de la vía del shikimato para producir los aminoácidos requeridos por estos animales. «Un impacto del glifosato en los animales a través de sus socios bacterianos esenciales que usan o incluso se especializan en la vía metabólica del shikimato parece obvio, una vez que se comprende la interacción de ambos socios», explica Tobias Engl, uno de los autores principales del estudio. Ya se ha demostrado que el glifosato afecta negativamente a los microorganismos en el intestino de las abejas, lo que las hace más susceptibles a varios factores de estrés.

El glifosato inhibe las bacterias simbióticas en los escarabajos
Una sección a través de una pupa de O. surinamensis con los órganos que contienen bacterias simbióticas. El simbionte Bacteroidetes se denominó Candidatus Shikimatogenerans silvanidophilus en referencia a su capacidad para sintetizar productos de la vía metabólica Shikimate y su estrecha asociación con escarabajos de la familia Silvanid. Se tiñe de púrpura mediante hibridación in situ fluorescente (FISH). Crédito: Tobias Engl, Instituto Max Planck de Ecología Química

Además, las bacterias mutualistas en varios taxones de insectos herbívoros proporcionan un beneficio central: el aminoácido aromático tirosina necesaria para la biosíntesis del exoesqueleto del insecto (cutícula). Esta dependencia de la simbiosis, a su vez, puede hacer que los insectos herbívoros sean particularmente vulnerables al glifosato en la agricultura: el herbicida inhibe la vía del shikimato en sus bacterias simbióticas y, como resultado, faltan importantes aminoácidos necesarios para la formación de la cutícula.

¿Es la dependencia de sus socios simbióticos el talón de Aquiles de los insectos?

En el estudio actual, los científicos muestran que el glifosato influye negativamente en las bacterias mutualistas albergadas por el escarabajo de los granos con dientes de sierra Oryzaephilus surinamensis, una plaga económicamente importante de los productos de granos almacenados. La exposición al herbicida abolió por completo el beneficio mutualista que las bacterias simbióticas proporcionan para la formación de la cutícula, la principal protección de un insecto contra el estrés, como la sequía o el ataque de un depredador.

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Los investigadores secuenciaron el genoma del simbionte asociado con O. surinamensis. El diminuto genoma del simbionte (300 kbp) contiene la instrucción genética para un metabolismo especializado en la síntesis de aminoácidos aromáticos a través de la vía del shikimato. Curiosamente, el genoma se parece mucho al de los socios bacterianos del picudo de la palma, que también participan en la formación de la cutícula, aunque estos simbiontes pertenecen a un grupo diferente de bacterias.

«Encontrar una relación simbiótica funcionalmente equivalente que surgió de forma independiente en dos filos de bacterias diferentes y familias de escarabajos parientes lejanos resalta la importancia de las simbiosis que sostienen la cutícula en los escarabajos», dice Julian Kiefer, primer autor del estudio. Los científicos probaron los beneficios funcionales para el huésped de manera experimental al complementar la dieta de los escarabajos con aminoácidos aromáticos, compensando así la eliminación de sus simbiontes. Por el contrario, la exposición al glifosato inhibió el establecimiento de bacterias simbióticas durante el desarrollo del escarabajo y abolió por completo el beneficio mutualista para la síntesis de cutículas.

«Cuando observamos el impacto perjudicial de la exposición al glifosato en esta asociación simbiótica, nos preguntamos si el glifosato representa una amenaza general para los insectos que dependen de sus socios microbianos», explica Engl. Mediante el uso de análisis filogenéticos, los autores demuestran que muchas bacterias mutualistas obligadas asociadas con varios insectos hospedadores diferentes de hecho codifican una enzima sensible al glifosato en la vía del shikimato, lo que sugiere que la susceptibilidad de sus simbiontes microbianos al glifosato representa un talón de Aquiles para un insecto.

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Actualmente estamos experimentando una disminución masiva de insectos. La abundancia de insectos está disminuyendo, al igual que la diversidad de insectos, sin mencionar el impacto de la desaparición de abejas, escarabajos y otros insectos en los niveles más altos de la cadena alimentaria. Los nuevos hallazgos destacan el hecho de que el uso del herbicida glifosato en la agricultura pone en peligro las relaciones simbióticas vitales entre insectos y microorganismos y, por lo tanto, representa una seria amenaza para nuestros ecosistemas.



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