Silenciando insectos plaga
Essicka García-Saldaña, Felipe Barrera-Mendez, Luis Arturo Ibarra-Juárez, Jesús Alejandro Zamora-Briseño
Red de Estudios Moleculares Avanzados, Instituto de Ecología, A. C. – INECOL, Carretera Antigua a Coatepec 351, 91073 Xalapa, Veracruz, México
Figura 1. Estrategia de Silenciamiento Inducido por RNA Spray para el control de insectos plaga. Esta técnica se basa en el principio conocido como silenciamiento de genes mediado por ARN de doble cadena (ARNdc). Figura elaborada por Essicka García-Saldaña
Resumen: los insectos plaga pueden ser difíciles de manejar tanto por su hábitos como por la resistencia a insecticidas que han desarrollado, pero hay tecnologías emergentes que prometen resultados importantes.
Palabras clave: insectos plaga, RNA de interferencia, granos almacenados
Introducción
El maíz es uno de los cereales más importantes a nivel mundial y representa una fuente primordial de energía en la dieta de los seres humanos. Además, es un alimento clave para la producción animal y sirve como materia prima para muchos productos industriales. Al igual que como ocurre con otros cereales, uno de los aspectos más relevantes para el suministro de maíz es su correcto almacenamiento. En este sentido, existen diversos factores ambientales que pueden afectar la calidad de los granos almacenados, tales como la luz, la humedad, la temperatura y el tiempo que estén resguardados. Aunado a lo anterior, también existen organismos que pueden deteriorar su calidad, entre los cuales se incluyen hongos, bacterias, roedores e insectos.
Diversos insectos pueden dañar los granos de maíz almacenados, principalmente los escarabajos, entre los que se encuentra el gorgojo o picudo del maíz (cuyo nombre científico es Sitophilus zeamais). Este escarabajo es capaz de perforar los granos de maíz, tanto para alimentarse como para criar sus larvas dentro de ellos, lo que termina por deteriorar la calidad y cantidad de los granos de maíz, al grado de afectar las cadenas de suministro en el mercado. Por sí solo, el gorgojo del maíz es responsable de generar pérdidas de hasta 13% de los suministros de granos de maíz a nivel mundial; en nuestro país, dichas pérdidas van del 4 a 25% de la producción total.
Figura 2. Ciclo de vida del gorgojo de maíz. Primero, los adultos se reproducen y las hembras depositan sus huevos dentro de las perforaciones que hacen en los granos. Los huevos son cubiertos con una película de moco y posteriormente, los huevos eclosionan y de ellos emergen las larvas (una por huevo). Dentro del grano, la larva se alimentará de los nutrientes del grano hasta alcanzar la etapa de adulto y será entonces cuando saldrá del grano para repetir el ciclo. Cada hembra adulta puede producir hasta 250 huevos. El ciclo de vida del gorgojo varía entre 30 a 113 días dependiendo de la temperatura del ambiente. Figura elaborada por Essicka García-Saldaña.
Actualmente, la principal estrategia para controlar a los insectos plaga en granos almacenados es la aplicación de insecticidas químicos, lo que ocasiona efectos adversos para el ambiente y los consumidores. Por si fuera poco, la aplicación continua e inadecuada de estos agentes químicos ha ocasionado disminución en su eficacia, al punto que los insectos han desarrollado resistencia a ellos. Es por esto que se están buscando distintos métodos para controlar a las plagas, que además sean métodos inofensivos para otros organismos y que minimicen los efectos negativos en el entorno y la salud de los usuarios finales.
En la última década se desarrolló una estrategia prometedora conocida como Silenciamiento Inducido por RNA Spray. Para entender el fundamento de esta técnica, es importante explicar a grandes rasgos cómo funcionan los organismos. De manera general, toda la información necesaria para que cada especie pueda vivir está depositada en el ADN. A su vez, el ADN está dividido en pequeños segmentos, conocidos como genes, que son instrucciones puntuales para que el individuo pueda llevar a cabo las actividades que necesite para vivir, crecer, desarrollarse, reproducirse o incluso morir. Así, cuando un organismo requiere realizar alguna actividad, se genera una copia del gen encargado de dicha actividad y a esa copia se le llama RNA mensajero, la cual a su vez produce una proteína que finalmente es la que realiza la acción que requiere el organismo. Por otra parte, existen moléculas llamadas ARN interferente de doble cadena (abreviado como ARNdc), capaces de reconocer y ayudar a romper de manera específica la copia del ARN mensajero que se requiera eliminar y por ende impedir que se produzca la proteína a la que da lugar. A este proceso, se le denomina “silenciamiento genético”, pues de alguna manera la instrucción de ese gen en particular se cancela o silencia. Por increíble que parezca, esto ocurre de forma natural en las células de la mayoría de los animales. Justo el Silenciamiento Inducido por RNA Spray utiliza este principio de silenciamiento, sólo que en este caso, lo que se utiliza son ARNdc fabricados artificialmente.
Para que este método funcione, se requiere que se identifiquen genes con actividades especialmente relevantes, al punto que sean esenciales para la supervivencia de los organismos, pues al silenciar dichos genes, se cancela la actividad final, lo que puede provocar la muerte del organismo. Una vez que se identifican los genes que se desean apagar, lo que se hace es diseñar los ARNdc artificiales y se busca aplicar de alguna forma, usualmente mediante aspersión o spray (de ahí su nombre). Finalmente, para poder usar los ARNdc como insecticidas, es necesario combinarlos con otros compuestos que ayudan a que el ARNdc actúe de manera correcta y evitan que se degrade, para que se induzca la muerte del insecto.
Hoy en día, el Silenciamiento Inducido por RNA Spray es una estrategia promisoria que ofrece muchas ventajas potenciales para el control de insectos plaga. Una de esas ventajas es que las moléculas de ARNdc se degradan rápidamente en el ambiente, lo que permite que después de un corto tiempo no exista rastro de los ARNdc que se hayan aplicado, a diferencia de lo que ocurre con los insecticidas químicos que pueden durar mucho tiempo en el medio antes de desaparecer. Además, al ser una técnica diseñada para atacar los genes de una especie en particular, no se afectan a otros organismos. Por ello, se espera que el empleo de esta estrategia contribuya al manejo de insectos plaga de difícil control, tales como los gorgojos del maíz. Por último, es preciso mencionar que para poder desarrollar este tipo de tecnologías es absolutamente necesario que existan importantes esfuerzos tanto financieros como de investigación, pero que de ser exitosos, sin duda generarían beneficios directos tanto a los sectores productivos como a los consumidores en general.
Figura 3. Esquema de acción de la ruta habitual de producción de proteínas (izquierda) y la ruta de silenciamiento génico (derecha). En la parte superior se muestra el ADN, el cual contiene instrucciones específicas dentro de pedacitos de código conocidos como genes (representados en color azul claro). Dichos genes son copiados a un ARNm para luego poder producir la proteína, la que finalmente realiza la acción que el organismo requiere. Este proceso de fabricar una proteína a partir de ARNm se llama traducción y ocurre en una pequeña fábrica que se llama ribosoma (representada en color verde). Por otro lado, el silenciamiento génico sucede al introducir en la célula un ARN de doble cadena (ARNdc) que será modificado por una enzima (enzima separadora de cadenas, de color purpura) que separará y dejará libres ambas cadenas. Después, otra enzima (enzima cortadora, de color rosa) se unirá a una de estas cadenas para buscar el RNAm que más se le parece y así romperlo. De esta forma es cómo el ARNm ya no se puede usar para fabricar la proteína deseada, lo cual puede comprometer la vida del organismo. Si esto se logra, el o los ARNdc exitosos se pueden usar para desarrollar insecticidas ambientalmente amigables. Figura elaborada por Essicka García-Saldaña.
Para saber más:
- Sánchez-Leal, L., Ossa-Toro, L., Padilla-Jarava, D., Fuentes-Quintero, L. S. (2022). Silenciamiento génico en insectos plaga que afectan la industria agrícola usando ARN de interferencia. NOVA, 20(38). https://doi.org/10.22490/24629448.6189.
- Elos, M., Perez, G., Guevara, L., Enríquez, E., Rangel, A., Reyes, J., Ortiz, F. (2017). Bioinsecticidas para el control de plagas de almacén y su relación con la calidad fisiológica de la semilla. REMEXCA. 7(7): 1599-1611. https://doi.org/29312/remexca.v7i7.153.
- Palafox-Caballero, A., Sierra-Macías, M., Espinosa-Calderón, A., Rodríguez-Montalvo, F. y Becerra- León, E. N. (2008). Tolerancia a infestación por gorgojos (Sitophilus) en genotipos de maíz comunes y de alta calidad proteínica. Agron. Mesoam. 19(1): 39-46.