Estrategias del mosquito para evitar la acción de los insecticidas biológicos

Dr. Pablo Emiliano Cantón Ojeda

Contacto: pemiliano.canton@gmail.com

Todos estamos expuestos a una multitud de agentes infecciosos que pueden afectar nuestra salud, como parásitos, bacterias y virus. Algunos de los agentes más difundidos son transmitidos por mosquitos, causando cientos de millones de infecciones anuales en todo el planeta, y por consiguiente millones de muertes, con impactos sociales y económicos inmensos. Entre estas enfermedades encontramos a la malaria, transmitida por mosquitos Anopheles, la filariasis linfática y la fiebre del Oeste de Nilo, transmitida por mosquitos Culex, y el dengue, chikungunya y zika, transmitida por mosquitos Aedes. Una forma de detener la expansión de estas enfermedades es la reducción de la población del mosquito transmisor. La estrategia tradicional es la utilización de insecticidas químicos, los que, por su baja especificidad, afectan también a insectos benéficos, además de dañar a muchos otros organismos del ecosistema, incluyendo reptiles, anfibios y hasta a los humanos.

En general, los insecticidas son compuestos difíciles de degradar, que contaminan el agua y los suelos durante largo tiempo. Su uso indiscriminado ha propiciado el surgimiento de poblaciones resistentes de mosquitos y así, una menor efectividad en el control.

Una alternativa para el control de mosquitos Aedes es la utilización de las toxinas insecticidas de la bacteria Bacillus thuringiensis subsp. israelensis. A diferencia de los insecticidas quí- micos, estas toxinas son proteínas altamente específicas, que se degradan en corto tiempo en el ambiente y que no han propiciado resistencia en las poblaciones de mosquitos, después de décadas de aplicación. Esto se atribuye a que la bacteria produce una mezcla de varias toxinas con distintos mecanismos de acción, lo que reduce la posibilidad de que una población de mosquitos desarrolle resistencia a todas las toxinas al mismo tiempo.

Hasta ahora, las proteínas insecticidas que han sido ampliamente estudiadas son las toxinas Cry, de Bacillus thuringiensis, que muestran especificidad contra insectos lepidópteros (polillas y mariposas). Las toxinas son ingeridas por las larvas de los insectos blanco (a los que queremos eliminar) y son activadas en su intestino. A continuación, las toxinas llevan a cabo una serie de interacciones con la membrana de las células del tejido intestinal y las perforan, provocando un ingreso descontrolado de agua, que terminará por reventarlas. Si bien conocemos mucho del proceso que las toxinas utilizan para reconocer las células blanco en la larva del mosco y cómo se ensamblan en estos complejos perforadores, no nos queda claro cómo las células del intestino de las larvas intentan contrarrestar el daño provocado, ya que buscarán sobrevivir a estos efectos. Una mejor aplicación biotecnológica de las toxinas insecticidas en el control de los mosquitos, requiere del conocimiento de los procesos de defensa de los que hace uso el organismo blanco (en nuestro caso, las larvas de los mosquitos).

Las células son capaces de detectar y responder a estímulos -cambios en el entorno celular- a través de las llamadas «cascadas de señalización», que involucran diversas proteínas mensajeras que transmiten señales y provocan modificaciones metabólicas, como una serie de fichas de dominó cayendo una después de la otra. Uno de los efectos de estas cascadas es el “prendido o apagado” de los genes que son utilizados en un momento dado por las células. En mi tesis de doctorado examinamos qué genes sufren cambios en sus niveles de expresión en el intestino de larvas de Aedes aegypti ante la intoxicación con la toxina Cry11Aa.

Alimentamos larvas del mosquito con la toxina. Después, procesamos las muestras de tejido intestinal del mosco para extraer las moléculas de ARN mensajero, o ARNm. Los ARNm son copias temporales de los genes que son utilizadas por la célula como base para producir proteínas. Las muestras fueron analizadas por la técnica de secuenciación masiva, que contabiliza las copias de ARNm de cada gen, a lo que llamamos su «nivel de expresión». Mediante programas computacionales con capacidad para manejar miles de biodatos, comparamos el nivel de expresión de cada gen de larvas alimentadas con o sin toxina. Ésto nos permitió determinar cuáles genes eran activados y cuáles apagados en respuesta a la ruptura de la integridad de la membrana de la célula intestinal del mosco que comió toxina. También corroboramos los cambios en nivel de expresión determinados, a través de otra técnica experimental llamada «PCR en tiempo real», la cual cuantifica las copias de cada gen que está prendido en un tiempo determinado. Adicionalmente, buscamos en bases de datos información acerca de los genes cuyo cambio en el nivel de expresión era relevante, para determinar en qué procesos celulares estaban involucrados. Cuando no hubo información directa sobre un gen, buscamos a la proteína asociada o parte de ella con alguna función bioquímica conocida.

Con esta información reconstruímos el perfil de cambios celulares a medida que se incrementaba el tiempo de alimentación de los moscos (o sea el tiempo de intoxicación). Pudimos establecer la importancia de algunas cascadas de señalización en la regulación de la defensa, en la que participan diversas proteínas de la familia de las llamadas MAP cinasas -en especial la enzima JNK que está involucrada en la división y muerte celular-, y las GTPasas pequeñas -en particular las enzimas Rho, Ras y Rab, que intervienen en el crecimiento, la movilidad celular y el transporte de sustancias a través de la célula-. También observamos que para reparar el tejido intestinal, las células del insecto priorizan la producción de componentes de la membrana y la reparación de contactos entre células. Las células intestinales de las larvas del mosco se defienden de la toxina Cry mediante la activación de las enzimas caborxilesterasas que participan en la destoxificación, y que, a diferencia del metabolismo de insecticidas químicos, no involucra a enzimas de la familia de citocromos p450 o los transportadores ABC -mismas que procesan agentes tóxicos de la célula-. Observamos que varios de estos procesos son similares a las respuestas obtenidas en otros organismos en respuesta a las toxinas Cry, y se encuentran reportados en la literatura científica, como en el caso del escarabajo Tenebrio molitor (nombre común: gusano de la harina), el lepidóptero Ostrinia nubilalis (nombre común: taladro del maíz) y el nemátodo (pequeño gusano) Caenorhabditis elegans.

Nuestro trabajo permitió vislumbrar un poco de toda la maquinaria celular que la larva del mosco echa a andar para contender con la presencia de las toxinas insecticidas Cry. Podríamos anticiparnos al tipo de resistencia que los mosquitos pudieran desarrollar ante las toxinas Cry. En un futuro, este conocimiento podría llevar a diseñar nuevos productos biotecnológicos que impidan a los mosquitos activar estas defensas o a la generación de mosquitos deficientes en estas defensas que reemplazarán a las poblaciones silvestres, y así poder tener mejor control con menos toxina.

Fuente: «Biotecnología en Movimiento», revista de divulgación del Instituto de Biotecnología de la UNAM