Tema El control microbial de artrópodos y el control biológico de patógenos vegetales

Control microbial de artrópodos: Bacterias entomopatógenos

Sumario Bacterias entomopatógenas. Características generales. Clasificación. Mecanismos de infección. Principales Familias, géneros y especies con potencialidad en el control microbial.

Objetivos Caracterizar las bacterias entomopatógenas. Precisar las principales etapas de su mecanismo de infección. Destacar las principales Familias, géneros y especies con potencialidad en el control microbial.

Bacterias entomopatógenas

Desempeñan un papel protagónico en el control microbial, específicamente Bacillus thuringiensis Berliner. Aproximadamente 90 % de las ventas de agentes de control microbiano corresponde a productos que tienen como base esta bacteria. En comparación con otros grupos de entomopatógenos, son pocas las bacterias que provocan algún daño a los insectos.

Bacterias Entomopatógenas Bacteria se multiplica en hemolinfa del insecto sin producir toxinas. Existen bacteremias no patogénicas

Familia Bacillaceae Bacterias con células vegetativas alargadas en forma de bastón, Gram positivas y formadoras de endosporas. Existen dos géneros con especies entomopatógenas: Bacillus y Clostridium. Clostridium es anaeróbico obligado y Bacillus es aeróbico. A la célula donde se forma la espora se le denomina «esporangio». Para algunas especies la formación de la espora va acompañada de la formación de un cristal proteico denominado cuerpo parasporal, que es el responsable de la acción insecticida. El género Bacillus es el que mayor potencial presenta en el control microbiano de insectos. Sus principales especies son: B. thuringiensis, B. sphaericus y B. popillae (Thiery y Frachon, 1997).

BACTERIAS ENTOMOPATOGENAS División Familia Género Especie Gracilicutes (Gram -) Pseudomonaceae Pseudomonas P. aeruginosa P. fluorescens Bacillaceae Bacillus B. alvei B. larvae B. Iaterosporus B. lentimorbus B. popilliae B. sphaericus B. thuringiensis

Bacillus thuringiensis Las diferentes subespecies de B. thuringiensis difieren en su espectro de acción tóxica, por lo que se propuso separarlas en patotipos. El patotipo A incluye las razas O CEPAS que son patógenas para insectos del orden Lepidoptera. El patotipo B incluye a las que resultan patógenas para insectos del orden Diptera. El patotipo C incluye las razas que infectan insectos del orden Coleoptera. El cuerpo parasporal varía en su forma al variar el patotipo de la bacteria. Hasta 1997 se habían identificado 63 razas de B. thuringiensis de acuerdo al serotipo H (Thiery y Frachon, 1997).

Esporangios, esporas y cristales de Bacillus thuringiensis

CRISTAL PROTEICO ENDOSPORA Esporangio de Bacillus thuringiensis mostrando la endospora y el cristal proteico

Cristales proteicos purificados de Bacillus thuringiensis

Nomenclatura del gen para el cristal proteico de Bacillus thuringiensis (Bt) y espectro de acción contra insectos Gen Proteína Subespecie (cepa)  Espectro de acción Cry I Cry I kurstaki (HD-1), Aizawai, Sotto Lepidoptera Cry II Cry II  kurstaki (HD-1), kurstaki (HD-263) Lepidoptera y Diptera (mosquitos) Cry IIIA tenebrionis Coleoptera (crisomélidos) Cry IIIB japonensis Coleoptera (escarabajos) Cry IV israeliensis Diptera (mosquitos y moscas negras)

Larvas del bórer europeo del maíz infectadas con Bacillus thuringiensis

Mecanismos de infección

Una de las características más notables de B. thuringiensis Producción de toxinas Una de las características más notables de B. thuringiensis

1eras. TOXINAS identificadas de B. thuringiensis β-exotoxina α-exotoxina 1eras. TOXINAS identificadas de B. thuringiensis γ-exotoxina δ-endotoxina

β-exotoxina Toxina termoestable, secretada por algunas variedades durante la fase de crecimiento vegetativo. Conocida como: «factor mosca», «toxina mosca», «toxina termoestable», “toxina estable al calor» y «thuringiensin». La capacidad de B. thuringiensis para producirla hace que su radio de acción sea más amplio. Se reportan especies susceptibles a β-exotoxina en los órdenes Diptera, Lepidoptera, Hymenoptera, Coleoptera, Isoptera y Orthoptera. El estado larval de los insectos es siempre más susceptible que el estado adulto (Habib y Andrade, 1998).

β-exotoxina también resulta letal para insectos pertenecientes a los órdenes Hemiptera y Neuroptera, donde se ubican enemigos naturales que pueden afectarse, razón por la cual el radio de acción tan amplio es un elemento importante a tener en cuenta en el manejo de plagas. Por ejemplo: Se ha verificado que las larvas de Chrysoperla carnea Stephens (=Chrysopa) mueren después de ingerir huevos de Sitotroga cerealella tratados con la β-exotoxina. Lo mismo ocurre a chinches que se alimentaron con larvas de Helicoverpa zea (=Heliothis) (Kiselev, 1975 citado por Tanada y Kaya, 1993).

La β-exotoxina posee propiedades mutagénicas y teratogénicas y es tóxica a los vertebrados  las subespecies que la producen no se tienen en cuenta en la mayoría de las formulaciones comerciales de B. thuringiensis (Tanada y Kaya, 1993; Habib y Andrade, 1998). Existe heterogeneidad entre las β-exotoxinas  diferencias de toxicidad hacia diferentes organismos plaga y los mamíferos  sea tan importante su identificación (Carreras et al., 1997).

δ-endotoxina La más importante. Sintetizada en forma de protoxina durante el proceso de esporulación dentro de la célula vegetativa. La protoxina aparece como una inclusión cristalina y se considera una característica constante para las diferentes variedades de B. thuringiensis.

Modo de acción de la δ-endotoxina Aunque se puede explicar mediante varias hipótesis, a continuación se describe el proceso de forma general y simplificada:

En ensayos realizados se ha demostrado que: Existe una correlación estricta entre la unión de las toxinas al receptor del insecto blanco y la toxicidad No es suficiente que la toxina se una al receptor para que mate al insecto, lo cual quiere decir que existen otros factores involucrados en el mecanismo de acción de la toxina.

Unión entre toxina y receptor desequilibra la estructura de la membrana y «abre» un poro por el que penetran cationes, seguidos de agua Exceso de agua en el citoplasma de las células epiteliales provoca distensión hasta que la célula se rompe . Contenido del mesenteron (altamente alcalino) pasa a la hemolinfa (con pH casi neutro) a la vez que la hemolinfa va hacia el lumen del mesenteron Aumento de pH de la hemolinfa  paralización de la larva, al cesar la conducción nerviosa Al disminuir pH del contenido estomacal  ocurre germinación de las esporas y se produce una septicemia

Sintomatología B. thuringiensis necesita ser ingerido para que lleve a cabo su efecto tóxico. Primeros síntomas externos: Pérdida del apetito Regurgitación y diarreas Pérdida del brillo del tegumento Disfunción intestinal Parálisis del tracto digestivo

Posteriormente: Las larvas pierden agilidad y el tegumento se torna de color marrón oscuro. Al final, algunas larvas sufren parálisis total antes de morir. Después de la muerte -entre 18 y 72 horas- el cadáver adquiere coloración oscura y los tejidos se descomponen rápidamente (Habib y Andrade, 1984).

Síntomas Internos : Estudios histopatológicos de células del epitelio intestinal permitieron conocer que: Ocurre degradación de las microvellosidades apicales Vacuolización del citoplasma Lisis celular.

Otras especies

Bacillus sphaericus Neide Con potencial en el control de plagas de interés en Salud Pública. Muy específico: limitado a larvas de mosquitos, especialmente del género Culex. Produce una protoxina de naturaleza proteica que debe ser ingerida por las larvas en su medio acuático. Su mecanismo de acción es muy similar al de B. thuringiensis. Crece fácilmente en medios artificiales y por su capacidad saprofítica se mantiene más tiempo en el hábitat acuático que las cepas de B. thuringiensis var. israelensis.

Bacillus popilliae Dutky Patógeno obligado, además específico. Causa la «enfermedad lechosa» en escarábidos, pues su característica más notable es el aspecto lechoso de la hemolinfa de las larvas infectadas, por la gran cantidad de esporas de la bacteria que circulan por ésta. Con importancia histórica: fue el primer organismo entomopatógeno registrado como bioinsecticida en 1948. La infección de las larvas se produce por ingestión. Aunque, al igual que B. thuringiensis, produce un cuerpo parasporal bipiramidal, no está claro cuál es su papel en el desarrollo de la enfermedad. Una vez ingerida la bacteria, cuando llega al intestino medio, las esporas germinan y se reproducen, iniciándose la infección en el epitelio intestinal que rápidamente pasa a la hemolinfa.

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