Después de identificar la principal vía que causa la infertilidad bacteriana en los insectos, los investigadores están comenzando a desarrollar nuevas técnicas para biologizar complejos agroindustriales para reducir el uso de insecticidas agroquímicos.
Una bacteria muy extendida llamada Wolbachia y el virus que porta pueden causar infertilidad en los insectos macho al atrapar su esperma, impidiéndoles fertilizar los óvulos de las hembras que no tienen la misma combinación de bacterias y virus.
El trabajo científico, liderado por investigadores del microbioma de la Universidad Estatal de Pensilvania, mostró cómo esta combinación microbiana manipula los espermatozoides, lo que podría conducir al desarrollo de métodos mejorados para controlar poblaciones de plagas agrícolas e insectos que transmiten enfermedades como el Zika y el dengue a los humanos. informa en un comunicado de la Universidad de Pensilvania Gail McCormick.
“La Wolbachia es la bacteria más común en los animales y vive en simbiosis con los tejidos reproductivos de aproximadamente el 50% de las especies de insectos, incluidos algunos mosquitos y moscas. Los genes de un virus llamado profago WO están integrados en el genoma de Wolbachia . Estos genes, cifA y cifB, permiten a las bacterias dominar la manipulación del esperma y propagarse rápidamente entre los insectos para su propio beneficio”, afirmó Seth Bordenstein, profesor de biología y entomología y director del Centro de Microbioma One Health de la Universidad de Pensilvania.
Cuando un insecto macho y hembra que tiene Wolbachia se aparean, se reproducen y transmiten la bacteria con éxito. Pero cuando un macho con Wolbachia se aparea con una hembra sin Wolbachia, el esperma se vuelve letal para los óvulos fertilizados, provocando su muerte. Este sistema aumenta inteligentemente la proporción de crías con Wolbachia y el virus en la siguiente generación, ya que las hembras con la bacteria se reproducen con éxito con más frecuencia que las hembras sin ella.
El sistema se está utilizando en varios estudios piloto en curso en todo el mundo para controlar las plagas de insectos y las peligrosas enfermedades virales que transmiten. Por ejemplo, para controlar poblaciones de plagas agrícolas o humanas que no tienen la bacteria, los científicos liberan machos con Wolbachia para acabar con la población.
“Uno de los superpoderes de Wolbachia es que bloquea virus de ARN patógenos como el Zika, el dengue y el chikungunya, por lo que los mosquitos con Wolbachia no transmiten estos virus a los humanos cuando pican”, explica Bordenstein. – Por lo tanto, liberar mosquitos machos y hembras con Wolbachia en un área donde aún no existe da como resultado una población de reemplazo con mosquitos que ya no pueden transmitir la enfermedad viral. El Programa Mundial de Control de Mosquitos utiliza ahora Wolbachia para el control de enfermedades en 11 países. A través de esta investigación, estamos descubriendo la mecánica subyacente de cómo funciona este proceso para perfeccionar el método y ampliar su aplicación para controlar insectos vectores o plagas agrícolas”.
Los genes del profago WO de Wolbachia codifican proteínas que interfieren con el desarrollo normal de los espermatozoides. Estas proteínas influyen en una transformación crítica durante el desarrollo del espermatozoide, cuando el genoma del espermatozoide se reempaqueta y el espermatozoide cambia de forma de «canoa» a una forma más refinada parecida a una aguja.
“Este cambio de forma es increíblemente importante para el éxito de los espermatozoides y cualquier interferencia puede afectar la capacidad de los espermatozoides para viajar a través del tracto reproductivo femenino y fertilizar con éxito un óvulo. La transición está muy conservada en casi todos, desde los insectos hasta los humanos. Los defectos en este proceso también pueden causar esterilidad masculina en humanos, dijo Rupinder Kaur, profesor asistente de biología y entomología de la Universidad de Pensilvania, quien dirigió otro equipo de investigación en este estudio de caso.
Según los científicos, durante esta transición, los espermatozoides son especialmente propensos a sufrir daños en el ADN. En este estudio, encontraron que los espermatozoides expuestos solo a las proteínas Wolbachia o Cif tenían mayores niveles de daño en el ADN en esta etapa. El daño al ADN, si no se corrige rápidamente, puede provocar un empaquetamiento anormal del genoma del esperma, infertilidad masculina y falta de viabilidad del embrión.
«Estos resultados confirmaron la influencia de las proteínas Wolbachia y Cif en esta etapa del desarrollo del esperma, pero aún queríamos saber qué estaba sucediendo en etapas anteriores para causar estos cambios», continúa Kaur. «Realizamos una serie de pruebas para estudiar la estructura y las funciones bioquímicas de las proteínas Cif y descubrimos que pueden escindir moléculas mensajeras llamadas ARN largos no codificantes, lo que proporciona la base para interferir con el desarrollo y funcionamiento posterior de los espermatozoides».
Los investigadores utilizaron moscas de la fruta con Wolbachia para probar un vínculo potencial entre la bacteria y el ARN largo no codificante. Descubrieron que la Wolbachia (o las proteínas Cif solas) reducían la cantidad de estos ARN. Además, las moscas mutantes con expresión reducida de estos ARN en combinación con Wolbachia tenían mayores niveles de inviabilidad embrionaria, ya que esto mejoraba el proceso transitorio defectuoso del desarrollo de los espermatozoides. Entonces, dice Kaur, las proteínas virales controlan los espermatozoides destruyendo ARN largos no codificantes que son esenciales para que los espermatozoides funcionen correctamente.
“Los ARN largos no codificantes por sí mismos no producen ninguna proteína, pero pueden tener un efecto profundo en la regulación de la función de otros genes necesarios para el desarrollo del esperma. Al alterar esta porción no codificante del genoma, descubrimos que las proteínas Cif comienzan a influir en los espermatozoides justo en las primeras etapas de desarrollo, a medida que las bacterias se propagan rápidamente a través de las poblaciones de artrópodos”, añadió Bordenstein.
Debido a que el proceso de desarrollo del esperma es el mismo en todos los animales, los investigadores dijeron que el conocimiento de este proceso podría proporcionar información sobre los problemas de infertilidad en los humanos, así como información valiosa sobre nuevos métodos para controlar las poblaciones de plagas.
“Ahora que hemos aplicado ingeniería inversa a este proceso, podemos perfeccionar los métodos de control de la población de Wolbachia más allá de los que ya se utilizan. Planeamos utilizar este conocimiento para ampliar las técnicas de control de plagas de insectos y vectores actualmente existentes y tal vez, a largo plazo, imitar esta técnica sin Wolbachia ni proteínas virales”, concluyó Kaur.
Fuente: www.psu.edu Autor: Gail McCormick.
