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El control microbial de El control microbial de artrópodos y el control biológico artrópodos y el control biológico

de patógenos vegetales de patógenos vegetales

Control microbial de Control microbial de artrópodos: artrópodos:

Bacterias entomopatógenosBacterias entomopatógenos

SumarioSumario• Bacterias entomopatógenas.

Características generales. Clasificación. Mecanismos de infección.

• Principales Familias, géneros y especies con potencialidad en el control microbial.

ObjetivosObjetivos• 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 Bacterias entomopatógenasentomopatógenas

• 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 EntomopatógenasBacterias EntomopatógenasDaños que provocan a insectos

BacteremiaBacteremia: SepticemiaSepticemia: ToxemiaToxemia:

Bacteria invade hemocele, se multiplica,

produce toxinas y el insecto muere.

Sucede con bacterias patógenas

Bacteria confinada al lumen estomacal

donde produce toxinas (Tanada y Kaya, 1993).

Bacteria se multiplica en hemolinfa del insecto

sin producir toxinas. Existen bacteremias

no patogénicas

Familia Familia BacillaceaeBacillaceae• 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 proteicocristal proteico denominado cuerpo parasporalcuerpo 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).

DivisiónDivisión FamiliaFamilia GéneroGénero EspecieEspecie

Gracilicutes (Gram -)

PseudomonaceaePseudomonaceae PseudomonasPseudomonas P. aeruginosaP. aeruginosa

P. fluorescensP. fluorescens

BacillaceaeBacillaceae BacillusBacillus B. alvei

B. larvae

B. Iaterosporus

B. lentimorbus

B. popilliaeB. popilliae

B. sphaericus

B. thuringiensisB. thuringiensis

BACTERIAS ENTOMOPATOGENAS

Bacillus thuringiensisBacillus 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 Esporangios, esporas y cristales de Bacillus thuringiensisBacillus thuringiensis

Esporangio de Esporangio de Bacillus thuringiensisBacillus thuringiensis mostrando la mostrando la endospora y el cristal proteico endospora y el cristal proteico

ENDOSPORA CRISTAL PROTEICO

Cristales proteicos purificados de Cristales proteicos purificados de Bacillus thuringiensisBacillus thuringiensis

Nomenclatura del gen para el cristal proteico de Nomenclatura del gen para el cristal proteico de Bacillus thuringiensisBacillus thuringiensis (Bt) y espectro de acción (Bt) y espectro de acción

contra insectoscontra insectosGen Gen Proteína Proteína

Subespecie (cepa) Subespecie (cepa)  Espectro de acción Espectro de acción

Cry I Cry I Cry I kurstaki (HD-1), Aizawai, Sotto

Lepidoptera

Cry II Cry II Cry II  kurstaki (HD-1), kurstaki (HD-263)

Lepidoptera y Diptera

(mosquitos)

Cry IIIA Cry IIIA tenebrionis Coleoptera (crisomélidos)

Cry IIIB Cry IIIB japonensis Coleoptera (escarabajos)

Cry IV Cry IV israeliensis Diptera (mosquitos y

moscas negras)

Larvas del bórer europeo del maíz Larvas del bórer europeo del maíz infectadas con infectadas con Bacillus thuringiensisBacillus thuringiensis

Mecanismos de Mecanismos de infeccióninfección

Producción de toxinasProducción de toxinas

Una de las características más notables de B. thuringiensisB. thuringiensis

α-exotoxina

1eras. TOXINAS identificadas de B.

thuringiensis

δ-endotoxina

β-exotoxina

γ-exotoxina

ββ-exotoxina-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-exotoxinaβ-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-exotoxinaβ-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).

• LaLa β-exotoxinaβ-exotoxina posee propiedades posee propiedades mutagénicasmutagénicas y y teratogénicas teratogénicas y es tóxica a los es tóxica a los

vertebradosvertebrados las subespecies que la las subespecies que la producen no se tienen en cuenta en la mayoría producen no se tienen en cuenta en la mayoría de las formulaciones comerciales de de las formulaciones comerciales de B. B. thuringiensisthuringiensis (Tanada y Kaya, 1993; Habib y (Tanada y Kaya, 1993; Habib y Andrade, 1998).Andrade, 1998).

• Existe heterogeneidad entre lasExiste heterogeneidad entre las β-exotoxinasβ-exotoxinas

diferencias de toxicidad hacia diferentes diferencias de toxicidad hacia diferentes

organismos plaga y los mamíferos organismos plaga y los mamíferos sea tan sea tan importante su identificación (Carreras importante su identificación (Carreras et al.,et al., 1997).1997).

δ-endotoxinaδ-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 laModo de acción de la δ-endotoxinaδ-endotoxina

Aunque se puede explicar mediante varias Aunque se puede explicar mediante varias hipótesis, a continuación se describe el proceso hipótesis, a continuación se describe el proceso de forma general y simplificada:de forma general y simplificada:

La larva ingiere la protoxinaLa larva ingiere la protoxina

La protoxina se solubiliza en el La protoxina se solubiliza en el ambiente alcalino del intestinoambiente alcalino del intestino

La protoxina es procesada a la forma La protoxina es procesada a la forma tóxica por la acción de las proteasas tóxica por la acción de las proteasas

digestivas del insecto digestivas del insecto

Posteriormente, ocurre la unión de las toxinas Posteriormente, ocurre la unión de las toxinas a receptores que se encuentran en la a receptores que se encuentran en la

membrana intestinal del insecto susceptiblemembrana intestinal del insecto susceptible

En ensayos realizados se ha En ensayos realizados se ha demostrado que:demostrado que:

Existe una correlación estricta entre Existe una correlación estricta entre la unión de las toxinas al receptor del la unión de las toxinas al receptor del insecto blanco y la toxicidad insecto blanco y la toxicidad

No es suficiente que la toxina se una No es suficiente que la toxina se una al receptor para que mate al insecto, al receptor para que mate al insecto, lo cual quiere decir que existen otros lo cual quiere decir que existen otros factores involucrados en el factores involucrados en el mecanismo de acción de la toxina. mecanismo de acción de la toxina.

Unión entre toxina y receptor desequilibra la estructura de la Unión entre toxina y receptor desequilibra la estructura de la membrana y «membrana y «abreabre» un poro por el que penetran cationes, » un poro por el que penetran cationes,

seguidos de aguaseguidos de agua

Exceso de agua en el citoplasma de las células epiteliales Exceso de agua en el citoplasma de las células epiteliales provoca distensión hasta que la célula se rompeprovoca distensión hasta que la célula se rompe

Contenido del mesenteron (altamente alcalino) pasa a la Contenido del mesenteron (altamente alcalino) pasa a la hemolinfa (con pH casi neutro) a la vez que la hemolinfa va hemolinfa (con pH casi neutro) a la vez que la hemolinfa va

hacia el lumen del mesenteronhacia el lumen del mesenteron

Aumento de pH de la hemolinfa Aumento de pH de la hemolinfa paralización de la larva, paralización de la larva, al cesar la conducción nerviosaal cesar la conducción nerviosa

..

Al disminuir pH del contenido estomacal Al disminuir pH del contenido estomacal ocurre germinación de las esporas y se produce una ocurre germinación de las esporas y se produce una septicemiasepticemia

SintomatologíaSintomatología

• B. thuringiensisB. thuringiensis necesita ser ingerido necesita ser ingerido para que lleve a cabo su efecto tóxico.para que lleve a cabo su efecto tóxico.

• Primeros síntomas externos: : Pérdida del apetito Pérdida del apetito Regurgitación y diarreas Regurgitación y diarreas Pérdida del brillo del tegumento Pérdida del brillo del tegumento Disfunción intestinalDisfunción intestinalParálisis del tracto digestivo Parálisis del tracto digestivo

Posteriormente::

• Las larvas pierden agilidad y el Las larvas pierden agilidad y el tegumento se torna de color marrón tegumento se torna de color marrón oscuro.oscuro.

• Al final, algunas larvas sufren parálisis Al final, algunas larvas sufren parálisis total antes de morir.total antes de morir.

• Después de la muerte -entre 18 y 72 Después de la muerte -entre 18 y 72 horas- el cadáver adquiere horas- el cadáver adquiere coloración coloración oscuraoscura y los tejidos se descomponen y los tejidos se descomponen rápidamente (Habib y Andrade, 1984). rápidamente (Habib y Andrade, 1984).

Síntomas InternosSíntomas Internos ::

• Estudios histopatológicos de Estudios histopatológicos de células del epitelio intestinal células del epitelio intestinal permitieron conocer que:permitieron conocer que:

• Ocurre degradación de las Ocurre degradación de las microvellosidades apicalesmicrovellosidades apicales

• Vacuolización del citoplasmaVacuolización del citoplasma• Lisis celular.Lisis celular.

Otras especiesOtras especies

Bacillus sphaericusBacillus sphaericus Neide Neide• Con potencial en el control de plagas de interés en Con potencial en el control de plagas de interés en

Salud Pública.Salud Pública.

• Muy específico: limitado a larvas de mosquitos, Muy específico: limitado a larvas de mosquitos, especialmente del género especialmente del género CulexCulex. .

• Produce una protoxina de naturaleza proteica que Produce una protoxina de naturaleza proteica que debe ser ingerida por las larvas en su medio debe ser ingerida por las larvas en su medio acuático. acuático.

• Su mecanismo de acción es muy similar al de Su mecanismo de acción es muy similar al de B. B. thuringiensisthuringiensis. .

• Crece fácilmente en medios artificiales y por su Crece fácilmente en medios artificiales y por su capacidad saprofítica se mantiene más tiempo en el capacidad saprofítica se mantiene más tiempo en el hábitat acuático que las cepas de hábitat acuático que las cepas de B. thuringiensisB. thuringiensis var. var. israelensisisraelensis..

Bacillus popilliaeBacillus popilliae Dutky Dutky• Patógeno obligado, además específico.Patógeno obligado, además específico.• Causa la «Causa la «enfermedad lechosaenfermedad lechosa» en escarábidos, pues su » en escarábidos, pues su

característica más notable es el aspecto lechoso de la característica más notable es el aspecto lechoso de la hemolinfa de las larvas infectadas, por la gran cantidad de hemolinfa de las larvas infectadas, por la gran cantidad de esporas de la bacteria que circulan por ésta. esporas de la bacteria que circulan por ésta.

• Con Con importancia históricaimportancia histórica: fue el primer organismo : fue el primer organismo entomopatógeno registrado como bioinsecticida en 1948. entomopatógeno registrado como bioinsecticida en 1948.

• La infección de las larvas se produce por ingestión. La infección de las larvas se produce por ingestión. • Aunque, al igual que Aunque, al igual que B. thuringiensisB. thuringiensis, produce un cuerpo , produce un cuerpo

parasporal bipiramidal, no está claro cuál es su papel en el parasporal bipiramidal, no está claro cuál es su papel en el desarrollo de la enfermedad. desarrollo de la enfermedad.

• Una vez ingerida la bacteria, cuando llega al intestino medio, Una vez ingerida la bacteria, cuando llega al intestino medio, las esporas germinan y se reproducen, iniciándose la las esporas germinan y se reproducen, iniciándose la infección en el epitelio intestinal que rápidamente pasa a la infección en el epitelio intestinal que rápidamente pasa a la hemolinfa.hemolinfa.

Bibliografía BásicaBibliografía Básica

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