Bacillus thuringiensis, una bacteria inusual: Minirevisión (página 2)

Introducción

Bth es una bacteria entomotóxica y/o
entomopatógena que controla insectos-plaga (IP) mediante
un cristal de proteína que sintetiza durante la
esporulación (12, 22, 27). Cuando el insecto ingiere este
cristal por vía oral y llega al intestino lw causa una
ulcera con vómito y
diarrea de esa
manera evita o reduce el daño
del IP (17, 21, 24). Por esa razón se comercializó
desde 1930 en Francia para
el control
biológico de IP de los ordenes: Lepidoptera, Diptera,
Coleoptera de ambientes agrícolas y urbanos (24,
30).

Bth eventualmente infecta y mata insectos
benéficos, esto no implica la posibilidad de que
interactúe positivamente con otros insectos distintos a
los IP (7, 15, 28). Ya que la cantidad de especies de este
grupo que no
son plaga o transmite enfermedades supera a los
IP.

En la actualidad se especula que la esporulación
de Bth sucede en el suelo, en
el agua o el
aire (29), pero
sin duda se acepta que es un hecho en el interior de insectos (6,
9) y otros animales como las
aves
(13).

No obstante Bth se considera una bacteria
común en ambientes naturales como lo reportado en B
cereus, especie típica ampliamente distribuida en el
suelo y que esporula en y bajo cualquier condición
ambiental adversa aunque no sucede realmente con Bth.
(6).

Por principio una diferencia fisiológica entre
los miembros de Bacillus y Bth, es que este género es
un grupo genéticamente estable, en lo que se refiere a la
esporulación, en donde la pérdida de esta capacidad
es un evento raro, sin embargo los reportes al respecto de
Bth es que la pierde con facilidad, probablemente debido
al plásmido que contiene la información genética
para la síntesis
del cristal (1, 2). Otro aspecto crítico de diferencia
entre Bth y el género Bacillus es la
sensibilidad de las esporas de Bth a la luz solar, UV a
pesar de que se supone que las hojas de plantas son nicho
ecológico, puesto que es la manera de aplicación
del complejo espora-cristal, en el control de IP foliares y
porque se reporta el aislamiento de esporas de Bth tanto
vegetales domésticos como silvestres (15, 16,
25).

Sin embargo investigación demostró que las
esporas Bth son susceptibles a la radiación
solar y ello limita su viabilidad en la hoja (11). Las preguntas
son ¿cómo llegaron estas esporas a estos sitios?,
¿por el viento e insectos que ahí vivieron y
murieron? o ¿es circunstancial? (29). Investigación
al respecto señala que a menos de 48h de la
aspersión de las esporas de Bth sobre hojas
jóvenes de plantas de maíz y
fríjol, éstas perdieron su viabilidad por su
susceptibilidad a la luz solar y U:V. (23, 26).

Las esporas de Bth carecen de ciertas proteínas
que las protege contra agentes físicos una
característica básica en la mayoría de los
miembros del género. Lo anterior explica parcialmente su
pobre capacidad de supervivencia a la luz solar y U.V. (18, 21).
Contrario a lo que se reporta en la especie B. cereus que
coloniza el suelo sin raíces, y responde a los exudados
radicales y foliares de plantas domésticas como
silvestres; las esporas de B.cereus se reproducen y
resisten la radiación solar, U.V. También se usa en
el control de bacterias
fitopatógenas de valor
comercial (4).

En general una característica distintiva del
género Bacillus, es que la espora se considera un
modelo de
resistencia a
factores físicos como la radiación solar y U.V, a
agentes químicos como los metales pesados:
en específico al cobre que se
aplica en agricultura
(2, 10), a este en especial las esporas de Bth son
especialmente sensibles (18, 21).

Un aspecto de la fisiología de Bth que no corresponde
a la generalidad de los miembros del genero
Bacillus conocidos, es su incapacidad para esporular bajo
condiciones de stress
nutricional (4, 18). Investigación con Bth
demostró que los serotipos GM nativos del norte de
México
y HD de la colección del USADA, EUA fueron incapaces de
crecer en ese medio mineral y extracto de suelo como factor de
crecimiento. (10ª),distinto a lo observado en B
cereus cuando crece en medio de cultivo mineral, en donde
rápidamente esporula como la mayoría de las
especies de Bacillus saprofitas conocidas (23,
26).

Esta reportado que una especie de Bacillus (hoy
Paenibacillus) es capaz de fijar nitrógeno
atmosférico mientras que las especies típicas del
suelo del género B subitilis, B. lincheniformis, B.
cereus que superviven y crecen en suelos pobres en
nitrógeno inorgánico y orgánico (14), lo que
sugiere que las necesidades de Bth son distintas las de
otros miembros del género Bacillus, esto apoya la
hipótesis de su relación incluso en
algunos casos dependencia bioquímica
de insectos, por su incapacidad de sintetizar vitaminas y
otros compuestos que son indispensables para la supervivencia de
una bacteria nativa del suelo como B. cereus y especies
relacionadas del género (13, 23).

El cuadro No. 1 muestra la
diversidad de biopesticidas a base de Bth, que se emplean
para el control de IP de cultivos agrícolas, en granos en
almacén, apicultura,
forestales y urbanas (3, 17), en el cuadro se indica que existen
compañías norteamericanas y europeas que fabrican
las variedades de Bth, consideradas una opción para
ambientes naturales y artificiales.

Algunas compañías para evitar la
desnaturalización del cristal ó
d-endotoxina, la encapsulan como el producto MVP y
M-One plus de Mycogen, que es eficaz en el control de IP foliares
y de aquellos de ambientes acuáticos (30). Lo anterior no
justifica la siembra y producción de plantas transgénicas
Bth, esta opción de control de IP, tiene otros
inconvenientesriesgos aún no pronosticados para la
ecología y
salud humana
(24).

El cuadro No. 2 presenta las diferencias
bioquímicas/fisiológicas de Bth, en
comparación con la típica respuesta del
género Bacillus; Bth es incapaz de
sintetizar factores de crecimiento del complejo B, lo que explica
que no crece en agar mineral o medios de
cultivo sin nitrógeno orgánico combinado, sin
vitaminas y la distingue de otras especies nativas en el suelo
como B. cereus y B. subitilis (23).

En general las esporas de Bacillus son tolerantes
a la radiación solar, agentes químicos, y
termotolerantes, propiedad
notoria en B. stearothermophilus, que produce esporas que
resisten temperaturas mayores a 100°C propiedades
genética/bioquímica que no posee
Bth.

El cuadro No. 3 muestra los diferentes niveles de
exigencia nutricional entre algunos miembros del género
Bacillus, por principio se reconoce que Bacillus sp
fue y es un simbiote obligado de abejas (7); B popillae y B.
larvae se reproduce sólo en insectos-plagas vivos lo
que indica su dependencia bioquímica (3), como lo que se
reporta en las interacciones ecológicas intima entre
insectos y bacterias (13), ejemplificada entre abejas y
Bacillus sp (1, 7, 14, 22).

El siguiente es B. sphaericus que es un parásito
facultativo exclusivo de mosquitos del orden Diptera, asi como
B. anthracis que es un parásito facultativo de
animales y humanos ambos se crecen en medios de cultivo
artificial, estas especies representan adaptación
evolutiva al reino animal,all ambiente
natural y artificial. Puesto que se reproducen tanto en el
interior de células
animales, como en medios de cultivo artificiales simplrs (4); en
tanto que B cereus es un típico saprobio del suelo,
adaptable a las plantas a nivel de sus hojas y raíces, por
ello se venden productos a
base de B. cereus de tipo foliar y radical con fines de
cuidar y mejorar la producción agrícola
(18).

B. stearothermophilus produce esporas
excepcionalmente tolerantes a elevadas temperaturas que las
asocian a bacterias que crecen en ambientes extremos y la separa
de las termosibles que sintetiza Bth.

Paenibacillus antes Bacillus crece en
condición nutricional mínima o pobre, incluso en
ausencia de N. un aspecto genético y bioquímico de
absoluta independencia
que no se observa en otras especies de Bacillus y que
refuerza la hipótesis de que
la especie Bth no tiene un comportamiento
típico del género Bacillus.

En la figura 1 se representa una hipótesis sobre
la respuesta de Bth al ambiente. En ella se supone que las
esporas de Bth no germinan bajo condiciones de stress
fisicoquímico, contrariamente a los miembros del
género Bacillus que si lo hacen, por tanto las
especies de Bth no superviven en la naturaleza,
excepto cuando existen insectos involucrados (2). El cristal por
ser proteína no es estable y desaparece rápidamente
en el ambiente (21, 22), mientras que las células
vegetativas responden al stress por represión de
esporulación, contrariamente a lo observado en la
mayoría de las especies de Bacillus que son
parásitos facultativas y/o saprobias, En el género
Bacillus cualquier diferencia nutricional induce
rápidamente la esporulación, la única forma
de asegurar la esporulación en Bth, es
proporcionarle condiciones artificiales favorables como
oxigenación, fuente de carbono
sencilla, control y mantenimiento
de pH y ausencia
de agentes físico-químicos contrarios a la vida (1,
5, 8)

Conclusión.

Con base a lo expuesto, es evidente que Bth no se
comporta como se reporta para los miembros típicos del
género Bacillus; un análisis fino de su genética y
bioquímica apoya su reubicación en otro grupo o
probablemente en un género único. Esta clase de
investigación permitirá entender el origen del
cristal y su papel natural en la regulación de las
poblaciones de insectos, lo que en la actualidad es
todavía un misterio.

Este sencillo trabajo
está dedicado al Ingeniero Agrónomo Parasitologo
Cuauhtémoc Núñez-Ramos iniciador y primer
investigador en Bacillus thuringiensis en Nuevo
León México, a la memoria del
Dr. Howard Taylor Dulmage
del USDA, E.U.A extraordinario científico y promotor de
Bth en el. Mundo y en México, al Dr. Luis
Jesús Galán Wong por ver en esta bacteria una
oportunidad y modelo de investigación para el noreste de
México.

Agradecimientos.

Al proyecto 2.7 de
la CIC-UMSNH (2005-2006), por las facilidades para esta
publicación, a Jeanneth Caicedo Rengifo por la
revisión y trabajo de escritura.

Literatura
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Anexos

Cuadro No. 1 Algunos biopesticidas comerciales
basados en las variedades de Bacillus
thuringiensis*.

Ref. * (3, 12, 15, 17, 22).

Cuadro No. 2 Diferencias bioquímicas y
fisiológicas entre Bacillus thuringiensis y otros
miembros del genero Bacillus*.

Ref. * (2, 3, 8, 24)

Cuadro No.3 Niveles de exigencia nutricional
entre especies del género Bacillus*

Ref. *(4, 7, 13, 29, 30).

Figura 1. Respuesta hipotética de
Bacillus thuringiensis a las condiciones ambientales
abióticas y bióticas naturales*

Esporas ————————> Pierden
——————–> No superviven

No germinan viabilidad

(Razones nutricionales)

Cristales ——————> Mineralización
—————-> Desaparecen rápidamente

(Proteína) excepto en algunas arcillas en
horas

Formas ——————–> No responden
a

Vegetativas estímulos

ambientales ———> Latencia de las células
vegetales pero

para esporular sin esporular

Células vegetativas ——–> Responden a
—————–> Crecen y luego

estímulos esporulan

favorables,

nutricionales

y ambientales.

Ref. *(6, 9, 22, 28, 29).

Juan Manuel
Sánchez-Yáñez

Laboratorio de Microbiología Ambiental. Instituto de
Investigaciones Químico Biológicas,
Ed. B-1 CU,

(autor correspondiente,

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
CP 58000 Morelia, Mich. México