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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIASANITARIA

CURSO: MICROBIOLOGIA 1

TEMA: BACILOS TURIJENSES EN RELACION ALOS INSECTOS FITOPATOGENOS

ALUMNOS:

PEDRO BOHÓRQUEZ ALIAGA JAIME CÁCERES CAHUA

MARCO ESPINOZA SANCHEZ

AREQUIPA-2015

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1 Introducción

La acil lus thuringiensis (o Bt ) es una bacteria Grampositiva que habita en el suelo, y que se utiliza comúnmentecomo una alternativa biológica al pesticida. También se lepuede extraer la toxina Cry y utilizarla como plaguicida.La B. thuringiensis también aparece de manera natural enel intestino de las orugas de diferentes tipos de polillas yde mariposas, así como en las superficies poco iluminadasde las plantas.

Durante la esporulación, muchas cepas de Bt producencristales proteínicos, conocidos como δ -endotoxinas, queposeen propiedades insecticidas. Por esta razón se ha

empleado la Bt como insecticida y, más recientemente, paraproducir organismos genéticamente modificados. Sinembargo, existen cepas de Bt que producen cristal que notiene acción insecticida

2 Resumen

Bacillus thuringiensis es el insecticida biológico másaplicado en el mundo y se utiliza para controlar diversosinsectos que afectan la agricultura, la actividad forestaly que transmiten patógenos humanos y animales. B.thuringiensis constituyó durante las últimas décadas untema de investigación intensiva. Estos esfuerzos brindaron

datos importantes sobre las relaciones entre laestructura, el mecanismo de acción y la genética de sus

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proteínas cristalinas pesticidas, y una visión más clara ycoherente sobre estas relaciones ha emergido gracias aellos. Otros estudios se centraron en el rol ecológico delas proteínas cristalinas de B. thuringiensis, su

funcionamiento en sistemas agrícolas y en otros sistemasnaturales. Teniendo como base todo el conocimientogenerado y las herramientas de la biotecnología, losinvestigadores están ahora divulgando resultadosprometedores sobre el desarrollo de toxinas más útiles,bacterias recombinantes, formulaciones nuevas y plantastransgénicas que expresan actividad pesticida, con elobjetivo de asegurar que estos productos sean utilizadoscon un mayor beneficio y eficacia. Este artículo constituye

una tentativa de integrar todos estos progresos recientessobre el estudio de B. thuringiensis en un contexto decontrol biológico de plagas de insectos lepidópteros deimportancia agrícola.

Palabras clave: Bacillus thuringiensis, bioinsecticida,insectos lepidópteros3 Marco Teórico

Bacillus thuringiensis

Bacillus thuringiensis es un bacilo gram positivo, deflagelación perítrica, que mide de 3 a 5 µm de largo por 1 a1,2 µm de ancho y que posee la característica dedesarrollar esporas de resistencia elipsoidales que noprovocan el hinchamiento del perfil bacilar (Figura 1). Esun microorganismo anaerobio facultativo,quimioorganótrofo y con actividad de catalasa. Losdistintos aislamientos de B. thuringiensis presentan engeneral características bioquímicas comunes. Poseen lacapacidad de fermentar glucosa, fructosa, trealosa,maltosa y ribosa, y de hidrolizar gelatina, almidón,glucógeno, esculina y N-acetil-glucosamina. Sin embargo, lacaracterística principal de B. thuringiensis es que duranteel proceso de esporulación produce una inclusiónparasporal formada por uno o más cuerpos cristalinos denaturaleza proteica que son tóxicos para distintosinvertebrados, especialmente larvas de insectos (Figura 1)

Estas proteínas se llaman Cry (del inglés, Crystal) y

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constituyen la base del insecticida biológico más difundidoa nivel mundial.

B. thuringiensis pertenece a la familia Bacillaceae y seubica dentro del grupo 1 del género Bacillus; forma partedel grupo de Bacillus cereus, el que incluye a B. anthracis,B. cereus, B. mycoides, así como también a los másrecientemente descritos B. pseudomycoides y B.weihenstephanensis. Se encuentra estrechamenterelacionado con los dos primeros, de los que no logradistinguirse por completo debido a que no existensuficientes diferencias en sus características morfológicasy bioquímicas, por lo que la designación de B. thuringiensiscomo especie ha estado sometida a discusión. A pesar deesto, el Bergey´s Manual of Determinative Bacteriologyreconoce la individualidad de estas especies basándosesobre todo en dos características diferenciales: lapresencia de la inclusión o cristal parasporal y suspropiedades insecticidas. B. thuringiensis se clasifica en 84serovares mediante serología del antígeno flagelar H(Tabla 1). Se trató de establecer relaciones entre estosserovares y su actividad insecticida o la presencia de algún

tipo de cristal en particular pero no se tuvo éxito, por loque su significado biológico no está claro. Por ejemplo, elserovar morrisoni agrupa cepas que son tóxicas paralepidópteros, dípteros y coleópteros; no todas las cepasde B. thuringiensis svar aizawai son tóxicas paraSpodoptera littoralis (Lepidoptera). Existen, además, cepasde B. thuringiensis que no pueden clasificarse utilizandoesta metodología, ya que no pueden formar flagelos. Todasestas cepas se agruparon en un serovar, actualmente

desaparecido de la literatura.

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GENES CODIFICANTES DE PROTEÍNAS INSECTICIDASCry

Existen 376 genes cry distintos que se clasificaron sobrela base de su similitud de secuencias en 54 grupos divididosen diferentes clases y subclases. Una lista actualizada detodos estos genes cry, cuyo número aumenta día a día, seencuentra disponible con acceso libre en Internet (26). Losgenes cry poseen una secuencia codificante de entre 1900pares de bases (pb) (cry2Ab) y unos 3600 pb.

(cry1Aa, cry1Ab, cry1Ac, etc.). Las proteínas que codificanpresentan una identidad aminoacídica que puede variar

desde más de un 90% hasta menos de un 20%, y el intervalode masas moleculares oscila entre 50 y 140 kDa. Más

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adelante se discutirá en detalle sobre las característicasgenerales y específicas de estas proteínas. Las cepas de B.thuringiensis pueden portar un único gen cry, como porejemplo B. thuringiensis svar. kurstaki HD-73, que posee

solamente un gen cry1Ac, o bien presentar perfiles génicosmuy complejos, con hasta ocho genes cry. En general, esposible correlacionar el tipo de gen cry presente en unadeterminada cepa o aislamiento con su actividad insecticida.Por lo tanto, la identificación del contenido génico cry deuna cepa de B. thuringiensis puede utilizarse para efectuardicha predicción. Existe la idea generalizada de que losgenes cry siempre se localizan en plásmidos de pesomolecular elevado que se replican mediante un mecanismo

específico c onocido como de tipo “theta” . A pesar de esto,un reporte reciente informa la detección de un gen cry enun plásmido de bajo peso molecular que se replica medianteun mecanismo de círculo rodante (82). También se informóla existencia de genes cry insertados en el cromosoma deB. thuringiensis.

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Insectos Fitopatógenos

Los insectos pueden transmitir todas las c1 ases deagentes infecciosos hasta ahora conocidas: hongos, virus,bacterias nematodos, espirop1asma5.rickettsias y micoplasmas. Su papel de transmisores defitopatógenos en proporciones que permiten e] desarrollode epidemias, es más importante en términos generales en elcaso de virus, micop1asmas y espiroplasmas.

Las enfermedades causadas por los virus y bacterias sonel problema patológico más importante en el trópicoamericano después de las causadas por los hongos. Larelevancia de los insectos vectores de virus y bacterias se

ilustran a continuación

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En todo el mundo se utilizan antibióticos para tratar las infecciones bacterianas. Los

antibióticos son efectivos contra las bacterias ya que inhiben la formación de la pared

celular o detienen otros procesos de su ciclo de vida. También se usan extensamente

en la agricultura y la ganadería en ausencia de enfermedad, lo que ocasiona que se

esté generalizando la resistencia de las bacterias a los antibióticos. En la industria, las

bacterias son importantes en procesos tales como el tratamiento de aguas residuales,

en la producción de mantequilla, queso, vinagre, yogur, etc., y en la fabricación

de medicamentos y de otros productos químicos.

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Las toxinas Cry son específicamente activas contrainsectos de las órdenes Lepidoptera (polillas ymariposas), Diptera (moscas ymosquitos), Coleoptera (escarabajos) ,Hemiptera (chinches)

y contra los nemátodos (gusanos). Así, la B.thuringiensis actúa como una importante reserva de toxinasCry para la producción de insecticidas biológicos yde cultivos modificados genéticamente.

Desde 1920 se han utilizado las esporas y los cristales deproteína insecticidas producidos por la B. thuringiensis enel control de plagas .9 Actualmente se utilizan comoinsecticidas específicos bajos nombres comerciales comoBioster, Dipel y Thuricide. Estos pesticidas sonconsiderados respetuosos con el medio ambiente por suespecificación, ya que su efecto sobre los humanos, sobrela vida silvestre, sobre los polinizadores y sobre muchosotros insectos beneficiosos es mínimo o casi nulo. Lacompañía belga Plant Genetic Sistems fue la primera(en 1985) en desarrollar plantas genéticamentemodificadas (tabaco) con tolerancia a los insectos mediantela expresión de los genes Cry de laB. thuringiensis .10 11 A

menudo, los insecticidas basados en B. thuringiensis que seaplican como spray líquido en plantas de cultivo deben seringeridos para tener efecto. Cuando los insectos ingierenlos cristales proteicos, el pH alcalino de su tractodigestivo activa la toxina Cry, la cual se inserta enel epitelio del intestino del insecto, provocando poros enel epitelio. El poro causa una lisis celular (rotura de lamembrana celular) y la posterior muerte delinsecto .12 13 14

La Bacillus thuringiensis serotipo israelensis, una cepa deBt que se emplea ampliamente como larvicida contra losmosquitos, también se considera un método para controlarla población de mosquitos respetuoso con el medioambiente.

La expresión de toxinas Bt en cultivos transgénicos tienevarias ventajas:

El nivel de la expresión de toxinas puede ser muy

elevado. De esta manera se puede suministrar unadosis adecuada a la plaga.

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La expresión de toxinas está dentro del sistema de laplanta, por lo que únicamente perecen aquellosinsectos que se alimentan de ella.

La expresión de toxinas puede ser modulada a travésde promotores específicos de tejido, y puedereemplazar el uso de plaguicidas sintéticos en elmedioambiente. La última observación ha sido biendocumentada de manera global

La exposición constante a una toxina da lugar a la presiónselectiva, que contribuye a que las plagas se haganresistentes a la toxina. Actualmente, se sabe que la poblaciónde un tipo de polillas se ha vuelto resistente al Bt en forma

de spray (es decir, sin ingeniería genética) cuando se utiliza enla agricultura ecológica. El mismo investigador ha informadorecientemente del primer caso documentado de una plagaresistente al algodón transgénico.

Un método para reducir la resistencia, es crear refugios decultivos no modificados con Bt para que algunos insectos noresistentes puedan sobrevivir y mantener así una poblaciónvulnerable a la toxina. En 1996, la comercialización dealgodón y de maíz transgénico se acompañó de una estrategiade gestión para evitar que los insectos se volvieranresistentes a los cultivos Bt. Los planes de gestión de laresistencia de los insectos son obligatorios para los cultivosBt en EEUU y en otros países. El objetivo es estimular unagran parte de la población de plagas de manera que los genesresistentes a la Bt no estén ampliamente diseminados. Estatécnica se basa en la suposición de que los genes resistentesserán recesivos.

BIBLIOGRAFIA

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