Bacillus thuringiensis é unha especie bacteriana grampositiva, que vive no solo, usada comunmente como pesticida biolóxico (como bacteria completa ou só a toxina Cry extraída dela). Ademais de no solo, B. thuringiensis aparece tamén naturalmente no intestino de eirugas de varios tipos de avelaíñas e bolboretas, ou en superficies de follas, ambientes acuáticos, feces animais, ambientes ricos en insectos, muíños de fariña e depósitos de grans de cereais.
Durante a súa esporulación, moitas cepas de B. thuringensis producen proteínas cristalinas (inclusións proteináceas), chamadas δ-endotoxinas, que teñen unha acción insecticida. Isto levou ao seu uso como insecticidas, e máis recentemente á obtención de plantas de cultivo modificadas xeneticamente utilizando os xenes Bt (Bt é a abreviatura de B. thuringensis). Porén, moitas cepas Bt produtoras de cristais non teñen propiedades insecticidas.
Descubrimento e mecanismos de acción insecticida
O B. thuringiensis descubriuno en 1901 o biólogo xaponés Ishiwata Shigetane. En 1911, foi redescuberto en Alemaña por Ernst Berliner, que o illou como causante dunha enfermidade nas eirugas das avelaíñas da fariña. En 1976, Robert A. Zakharyan informou da presenza dun plásmido nunha cepa de B. thuringiensis e suxeriu que o plásmido estaba implicado na formación de endósporas e cristais. B. thuringiensis está moi relacionado coa bacteria do solo B.cereus e con B.anthracis: os tres organismos difiren principalmente nos plásmidos que posúen.Ole Andreas Økstad and Anne-Brit Kolstø Chapter 2: Genomics of Bacillus Species in M. Wiedmann, W. Zhang (eds.), Genomics of Foodborne Bacterial Pathogens, 29 Food Microbiology and Food Safety. Springer Science+Business Media, LLC 2011 páx. 34-35 Igual que outros membros do xénero Bacillus, estas tres especies son aerobias e poden formar endósporas. Cando esporula, B. thuringiensis forma cristais de δ-endotoxinas proteináceas insecticidas (chamadas proteínas cristalinas ou Cry, do inglés crystal), que están codificadas por xenes cry. Na maioría das cepas de B. thuringiensis, os xenes cry están localizados nun plásmido, polo que non é un xene cromosómico na maioría das cepas.
As toxinas Cry teñen actividades específicas contra as especies de insectos das ordes Lepidoptera (avelaíñas e bolboretas), Diptera (moscas e mosquitos), Coleoptera (escaravellos), Hymenoptera (avespas, abellas, formigas e sínfitos) e contra vermes nematodos. Deste modo, B. thuringiensis serve como un importante fonte de toxinas Cry e os seus xenes para a produción de insecticidas biolóxicos ou de plantas de cultivo modificadas xeneticamente. Cando os insectos inxiren cristais da toxina, o pH alcalino do seu tracto dixestivo desnaturaliza os cristais insolubles, facéndoos solubles e deste modo máis doados de ser cortados polas proteases que hai no tubo dixestivo do insecto, o cal libera a toxina Cry dos cristais. A toxina Cry insírese despois na membrana plasmática das células do intestino do animal, e como resultado paraliza o tracto dixestivo e forma un poro.W.S. Cranshaw, Colorado State University Extension Office. Last updated March 26, 2013. Bacillus thuringiensis Fact Sheet O insecto deixa de alimentarse e morre de fame; o B. thuringiensis vivo pode tamén colonizar o insecto, o cal contribúe á súa morte. Investigacións publicadas en 2006 suxeriron que cómpre a presenza de bacterias no tubo dixestivo medio en larvas susceptibles para que B. thuringiensis exerza as súas actividades insecticidas.
En 1996 descubriuse outra clase de proteínas insecticidas do B. thuringensis, as chamadas proteínas insecticidas vexetativas (Vip).Palma, L et al (2012) Vip3C, a Novel Class of Vegetative Insecticidal Proteins from Bacillus thuringiensis Appl Environ Microbiol. 2012 October; 78(19): 7163–7165.Estruch JJ, Warren GW, Mullins MA et al. (1996)Vip3A, a novel Bacillus thuringiensis vegetative insecticidal protein with a wide spectrum of activities against lepidopteran insects. Proc Natl Acad Sci U S A. 28 de maio de 1996; 93(11):5389-94. As proteínas Vip non teñen homoloxía de secuencia coas proteínas Cry, non compiten en xeral polos mesmos receptores, e algunhas matan tipos de insectos distintos que as proteínas Cry.
En 2000, descubriuse un novo grupo funcional de proteínas Cry, denominadas parasporinas, obtidas de illados non insecticidas de B. thuringiensis. As proteínas do grupo das parasporinas defínense como proteínas paraspóricas bacterianas de B. thuringiensis e bacterias relacionadas que non son hemolíticas pero poden matar preferencialmente células cancerosas. En 2013, o grupo das parasporinas constaba de seis subfamilias (de PS1 a PS6).Official Website of the Committee of Parasporin Classification and Nomenclature Consultado o 4 de xaneiro de 2013
Uso de esporas e proteínas no control de pragas As esporas e proteínas insecticidas cristalinas producidas por B. thuringiensis utilizáronse para controlar pragas de insectos desde a década de 1920s e aplícanse con frecuencia en forma de esprais líquidos. Utilízanse agora como insecticidas específicos con nomes comerciais de marca como DiPel e Thuricide. Debido á súa especificidade, estes pesticidas considéranse respectuosos co medio ambiente, con pouco ou ningún efecto sobre os seres humanos, a vida silvestre, os polinizadores, e a maior parte dos outros insectos beneficiosos e utilízanse na agricultura orgánica, aínda que os manuais destes produtos conteñen diversos avisos sobre a saúde humana e medio ambiente, considérase que a toxicidade é baixa, e unha revisión feita por pares reguladora europea de cinco cepas aprobadas encontrou que, aínda que hai datos para soster algunhas afirmacións sobre unha baixa toxicidade para os humanos e o medio ambiente, os datos son insuficientes para xustificar a maioría das afirmacións sobre unha toxicidade relevante que se teñen feito.http://www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/doc/2540.pdf
O Bacillus thuringiensis serovar israelensis é unha cepa de B. thuringiensis amplamente usada como larvicida contra as larvas de mosquito, onde se considera que tamén é un método respectuoso co medio ambiente para o control dos mosquitos.
Estanse a introducir cada pouco tempo novas cepas de B. thuringiensis dado que os insectos, por exemplo, desenvolven resistencia a B. thuringiensis,Huang, F., Buschman, L. L. and Higgins, R. A. (2001), Larval feeding behavior of Dipel-resistant and susceptible Ostrinia nubilalis on diet containing Bacillus thuringiensis (Dipel ES™). Entomologia Experimentalis et Applicata, 98: 141–148. ou se desexa forzar a aparición de mutacións para modificar as características dun organismo ou para usar enxeñaría xenética recombinante homóloga para mellorar o tamaño dos cristais e incrementar a actividade pesticida ou ampliar o espectro de hóspedes do bacilo e obter formulacións máis efectivas, etc. A cada cepa se lle dá un número de identificación e un rexistroPesticides; Data Requirements for Biochemical and Microbial Pesticides . U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Final Rule. e poden darse permisos para a modificación xenética.40 CFR 158.2100 - Microbial pesticides definition and applicability. No caso dos EEUU, as formulacións de Bt que son aprobadas para a agricultura ecolóxica están listadas nun sitio web do Organic Materials Review Institute (OMRI) e varias páxinas web de universidades dan consellos sobre o uso das esporas ou preparacións de proteínas Bt na agricultura ecolóxica.
Uso de xenes Bt en enxeñaría xenética de plantas para o control de pragas A primeira compañía (en 1985) que desenvolveu plantas de tabaco transformadas por enxeñaría xenética para que tivesen tolerancia aos insectos ao expresaren xenes cry procedentes de B. thuringiensis, foi a compañía belga Plant Genetic Systems (que agora é parte de Bayer CropScience). O tabaco Bt nunca foi comercializado, pero estas plantas de tabaco utilízanse para probas de modificacións xenéticas, xa que son doadas de manipular xeneticamente.Staff, GMO Compass. Last updated July 29, 2010 "Tobacco" entry in GMO Compass database Key S, Ma JK, Drake PM. Genetically modified plants and human health" J R Soc Med 2008 Jun;101(6) 290-8. miniatura|Toxinas Bt presentes en follas de cacahuete (abaixo) protexidas dos danos causados pola larva do trade Elasmopalpus lignosellus (arriba). miniatura|Exame da resistencia a insectos do millo Bt transxénico en Kenya.
Usos En 1995, aprobáronse como "seguras" unhas plantas de tabaco transformadas para que producisen a toxina Bt CRY 3A pola Axencia de Protección Ambiental dos Estados Unidos, polo que foi esta a primeira planta de cultivo autoprodutora de pesticida aprobada nese país.Genetically Altered Potato Ok'd For Crops Lawrence Journal-World - 6 de maio de 1995Staff, CERA. NewLeaf Entry in CERA Chamábase pataca "New Leaf" e foi retirada do mercado en 2001 debido á falta de interese do mercado.
En 1996, aprobouse o millo modificado xeneticamente que produce a proteína Bt Cry, que mataba as eirugas do trade do millo europeo e outras especies relacionadas; despois fóronlle introducidos outros xenes Bt que mataban larvas do escaravello Diabrotica.Hellmich, R. L. & Hellmich, K. A. (2012) Use and Impact of Bt Maize. Nature Education Knowledge 3(10):4
Entre os xenes Bt que foron introducidos (por separado ou xuntos) por enxeñaría xenética en plantas de cultivo e aprobados están os seguintes: Cry1A.105, CryIAb, CryIF, Cry2Ab, Cry3Bb1, Cry34Ab1, Cry35Ab1, mCry3A, e VIP, e as plantas de cultivo modificadas deste modo inclúen o millo e o algodón.Ric Bessin, Extension Entomologist, University of Kentucky College of Agriculture. Maio de 1996, última actualización en novembro de 2010. Bt-Corn for Corn Borer ControlCastagnola AS, Jurat-Fuentes, JL. Bt Crops: Past and Future. Chapter 15 in [Bacillus Thuringiensis Biotechnology], Ed. Estibaliz Sansinenea. Springer, Mar 2, 2012páx. 285ff O millo modificado xeneticamente para producir a proteína VIP foi aprobado nos Estados Unidos en 2010.Erin Hodgson and Aaron Gassmann, Iowa State Extension, Department of Entomology. Maio de 2010. [New Corn Trait Deregulated in U.S. http://www.extension.iastate.edu/CropNews/2010/0510hodgsongassman.htm ] A compañía Monsanto desenvolveu unha variedade de soia que expresaba o Cry1Ac e o xene de resistencia ao glifosato para o mercado brasileiro, que completou todo o proceso regulador que hai que seguir no Brasil en 2010.Staff, Monsanto. August, 2009. Application for authorization to place on the market MON 87701 × MON 89788 soybean in the European Union, according to Regulation (EC) No 1829/2003 on genetically modified food and feed Linked from the GMO Compass page on the MON87701 x MON89788 event.Monsanto's Bt Roundup Ready 2 Yield Soybeans Approved for Planting in Brazil - Crop Biotech Update (8/27/2010) | ISAAA.org/KC
Resistencia a insectos En 2009, os científicos de Monsanto atoparon que a eiruga de Pectinophora gossypiella desenvolvera resistencia ao pesticida de primeira xeración do algodón Bt en zonas de Gujarat, India (os de primeira xeración expresaban un só xene Bt, o xene Cry1Ac). Esta foi a primeira vez que Monsanto confirmou resistencia Bt. Monsanto respondeu inmediatamente introducindo unha segunda xeración de algodón Bt con moitas proteínas Bt, que foi rapidamente aceptado polos agricultores. A resistencia da Pectinophora gossypiella ao algodón Bt de primeira xeración tamén se detectou en Australia, China, España e os Estados Unidos de América.
Pragas secundarias