Bacillus thuringiensis: qué es, taxonomía, morfología, características
¿Qué es el Bacillus thuringiensis?
Bacillus thuringiensis es una bacteria que pertenece a un amplio grupo de bacterias grampositivas, algunas patógenas y otras totalmente inocuas. Es una de las bacterias que más se han estudiado debido a lo útil que han resultado en la agricultura como plaguicida natural.
Esa utilidad radica en que esta bacteria tiene la peculiaridad de producir durante su fase de esporulación cristales que contienen unas proteínas que resultan ser tóxicas para ciertos insectos que constituyen verdaderas plagas para los cultivos.
Entre las características más destacadas del Bacillus thuringiensis se encuentran su alta especificidad, la inocuidad para el humano, plantas y animales, así como también su mínima residualidad.
Estos atributos le permitieron posicionarse como una de las mejores opciones para el tratamiento y control de las plagas que asolaban a los cultivos.
El uso satisfactorio de esta bacteria se hizo evidente en 1938 cuando surgió el primer plaguicida fabricado con sus esporas. A partir de allí la historia ha sido larga y a través de ella se ha ratificado al Bacillus thuringiensis como una de las mejores opciones a la hora de controlar plagas agrícolas.
Taxonomía de Bacillus thuringiensis
La clasificación taxonómica del Bacillus thuringiensis es:
Dominio: Bacteria
Filo: Firmicutes
Clase: Bacilli
Orden: Bacillales
Familia: Bacillaceae
Género: Bacillus
Especie:Bacillus thuringiensis
Morfología de Bacillus thuringiensis
Son bacterias que tienen forma de barras con extremos redondeados. Presentan un patrón de flagelación perítrica, con flagelos distribuidos en toda la superficie celular.
Tiene unas dimensiones de 3-5 micras de largo por 1-1,2 micras de ancho. En sus cultivos experimentales, se observan colonias circulares, con un diámetro de 3-8 mm, con bordes regulares y un aspecto de “vidrio esmerilado”.
Al observarse al microscopio electrónico se observan las típicas células alargadas, unidas en cadenas cortas.
Esta especie de bacterias produce esporas que tienen una característica forma elipsoidal y se ubican en la parte central de la célula, sin causar deformación de la misma.
Características generales de Bacillus thuringiensis
En primer lugar, Bacillus thuringiensis es una bacteria grampositiva, lo que significa que al ser sometida al proceso de tinción de Gram adquiere una coloración violeta.
Así mismo, es una bacteria caracterizada por su capacidad de colonizar diversos ambientes. Ha sido posible aislarla en todos los tipos de suelos. Tiene una amplia distribución geográfica, habiéndose hallado incluso en la Antártida, uno de los ambientes más hostiles del planeta.
Presenta un metabolismo activo, siendo capaz de fermentar carbohidratos como la glucosa, la fructosa, la ribosa, la maltosa y la trealosa. Igualmente puede hidrolizar almidón, gelatina, glucógeno y N-acetil-glucosamina.
En ese mismo orden de ideas, Bacillus thuringiensis es catalasa positiva, siendo capaz de descomponer al peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno.
Cuando se ha cultivado en medio agar-sangre, se ha observado un patrón de beta hemólisis, lo que quiere decir que esta bacteria es capaz de destruir totalmente los eritrocitos.
En lo referente a sus requerimientos ambientales para el crecimiento, requiere rangos de temperatura que van desde los 10-15° C hasta los 40-45° C. De igual forma, su pH óptimo se ubica entre 5,7 y 7.
Bacillus thuringiensis es una bacteria aeróbica estricta. Obligatoriamente debe estar en un ambiente con amplia disponibilidad de oxígeno.
La característica distintiva de Bacillus thuringiensis es que durante el proceso de esporulación, genera cristales constituidos por una proteína conocida como delta toxina. Dentro de estas se han identificado dos grupos: las Cry y las Cyt.
Esa toxina es capaz de generar la muerte de ciertos insectos que constituyen verdaderas plagas para diversos tipos de cultivos.
Ciclo de vida
B. thuringiensis presenta un ciclo de vida con dos fases: una de ellas caracterizada por el crecimiento vegetativo, otra por la esporulación. La primera de ellas ocurre en condiciones favorables para el desarrollo, tales como ambientes ricos en nutrimentos; la segunda en condiciones desfavorables, con escasez de sustrato alimenticio.
Las larvas de insectos como mariposas, escarabajos o moscas, entre otros, al alimentarse de las hojas, frutos u otras partes de la planta, puede ingerir endoesporas de la bacteria B. thuringiensis.
En el tracto digestivo del insecto, debido a las características alcalinas del mismo, se disuelve y se activa la proteína cristalizada de la bacteria.
La proteína se une a un receptor en las células intestinales del insecto, formando un poro que afecta el equilibrio electrolítico, causando la muerte del insecto.
Así, la bacteria utiliza los tejidos del insecto muerto para su alimentación, multiplicación y formación de nuevas esporas que infectarán a nuevos huéspedes.
La toxina
Las toxinas producidas por B. thuringiensis presentan acción altamente específica en invertebrados y son inocuas en vertebrados. Las inclusiones paraesporales de B. thuringensis poseen diversas proteínas con actividad diversa y sinérgica.
B. thuringienisis tiene variados factores de virulencia que incluyen, además de las delta endotoxinas Cry y Cyt, ciertas alfa y beta exotoxinas, quitinasas, enterotoxinas, fosfolipasas y hemolisinas, que potencian su eficiencia como entomopatógeno.
Los cristales de proteínas tóxicas de B. thuringiensis son degradados en el suelo por acción microbiana y pueden desnaturalizarse por incidencia de radiación solar.
Usos en el control de plagas
El potencial entomopatógeno de Bacillus thuringiensis ha sido altamente explotado desde hace más de 50 años en la protección de los cultivos.
Gracias al desarrollo de la biotecnología y a los avances en esta, ha sido posible utilizar ese efecto tóxico a través de dos rutas principalmente: elaboración de plaguicidas que se utilizan directamente en los cultivos y la creación de alimentos transgénicos.
Mecanismo de acción de la toxina
Para poder comprender la importancia de esta bacteria en el control de plagas, es importante conocer cómo es el ataque de la toxina en el organismo del insecto.
Su mecanismo de acción se divide en cuatro etapas:
Solubilización y procesamiento de protoxinas Cry
Los cristales ingeridos por la larva del insecto se disuelven en el intestino. Por acción de las proteasas presentes, se transforman en toxinas activas. Esas toxinas atraviesan la llamada membrana peritrófica (membrana de protección de las células del epitelio intestinal).
Unión a los receptores
Las toxinas se unen a sitios específicos que se ubican en las microvellosidades de las células intestinales del insecto.
Inserción en la membrana y formación del poro
Las proteínas Cry se insertan en la membrana y ocasionan destrucción total del tejido a través de la formación de canales iónicos.
Citólisis
Muerte de las células intestinales. Esto ocurre a través de varios mecanismos, siendo los más conocidos la citólisis osmótica y la inactivación del sistema que mantiene el equilibrio del pH.
Bacillus thuringiensis y los plaguicidas
Una vez que se comprobó el efecto tóxico de las proteínas producidas por la bacteria, se estudió su potencial uso en el control de las plagas en los cultivos.
Son muchos los estudios que se han realizado para determinar las propiedades plaguicidas de la toxina producida por estas bacterias.
Debido a los resultados positivos de esas investigaciones, el Bacillus thuringiensis se ha convertido en el insecticida biológico más utilizado a nivel mundial para controlar las plagas que dañan y afectan negativamente a los diversos cultivos.
Los bioinsecticidas a base de Bacillus thuringiensis han ido evolucionando con el tiempo. Desde los primeros, que solo contenían esporas y cristales, hasta los conocidos como de tercera generación, que contienen bacterias recombinantes que generan la toxina bt y que tienen ventajas como la de llegar hasta los tejidos vegetales.
La importancia de la toxina producida por esta bacteria radica en que no solo es efectiva contra insectos, sino también contra otros organismos como nemátodos, protozoos y tremátodos.
Es importante aclarar que esta toxina es totalmente inocua en otros tipos de seres vivos como los vertebrados, grupo al que pertenece el ser humano. Esto es así porque las condiciones internas del sistema digestivo no son idóneas para su proliferación y efecto.
Bacillus thuringiensis y los alimentos transgénicos
Gracias a los avances tecnológicos, especialmente al desarrollo de la tecnología del ADN recombinante, ha sido posible crear plantas que son genéticamente inmunes al efecto de los insectos que causan estragos en los cultivos.
Esas plantas son conocidas genéricamente como alimentos transgénicos u organismos modificados genéticamente.
Esa tecnología consiste en identificar dentro del genoma de la bacteria la secuencia de genes que codifican la expresión de las proteínas tóxicas. Posteriormente, esos genes son transferidos al genoma de la planta a tratar.
Cuando la planta crece y se desarrolla, comienza a sintetizar la toxina que antes era producida por el Bacillus thuringiensis, siendo entonces inmune a la acción de los insectos.
Son varias las plantas en las que se ha aplicado esta tecnología. Entre estas están el maíz, el algodón, la patata y la soja. Estos cultivos se conocen como maíz bt, algodón bt, etc.
Por supuesto que estos alimentos transgénicos han generado cierta inquietud en la población.
Sin embargo, en un informe publicado por la Agencia del Medio Ambiente de los Estados Unidos se determinó que estos alimentos, hasta le fecha, no han manifestado ningún tipo de toxicidad o daño, ni en seres humanos ni en animales superiores.
Efectos en el insecto
Los cristales de B. thuringiensis se disuelven en el intestino del insecto con elevado pH y se liberan las protoxinas, y otras enzimas y proteínas. Así las protoxinas se convierten en toxinas activas que se acoplan a las moléculas receptoras especializadas de las células del intestino.
La toxina de B. thuringiensis produce en el insecto cese de la ingesta, parálisis del intestino, vómito, desequilibrios en la excreción, descompensación osmótica, parálisis general y finalmente la muerte.
Debido a la acción de la toxina, ocurren en el tejido intestinal graves daños que impiden su funcionamiento, afectando la asimilación de los nutrimentos.
Se ha considerado que la muerte del insecto podría ser ocasionada por la germinación de esporas y la proliferación de células vegetativas en el hemocele del insecto.
Sin embargo, se piensa que la mortalidad dependería más bien de la acción de bacterias comensales que habitan en el intestino del insecto y que tras la acción de la toxina de B. thuringiensis serían capaces de causar la septicemia.
La toxina de B. thuringiensis no afecta a vertebrados, debido a que la digestión de los alimentos en estos últimos se realiza en medios ácidos, donde no es activada la toxina.
Resalta su alta especificidad en insectos, especialmente conocida para lepidópteros. Se considera inocua para la mayoría de la entomofauna y no tiene acción perjudicial sobre plantas, es decir, no es fitotóxica.
Referencias
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