¿Qué es Bacillus thuringiensis y cómo funciona en el control biológico?

En este artículo se analiza en profundidad la bacteria Bacillus thuringiensis, examinando su descubrimiento, su funcionamiento biológico a través de las toxinas Cry, su aplicación histórica y comercial en la agricultura, así como los debates científicos sobre su seguridad y la aparición de resistencia en las plagas.

¿Qué es Bacillus thuringiensis y dónde se encuentra de forma natural?

Bacillus thuringiensis es una bacteria grampositiva que habita de manera natural en el suelo, en las superficies de las plantas y en el intestino de las orugas de diversas especies de polillas y mariposas. Pertenece al género Bacillus y comparte un estrecho parentesco con otras bacterias del suelo como Bacillus cereus y Bacillus anthracis, de las cuales se diferencia principalmente por la presencia de plásmidos específicos. Durante su proceso de esporulación, muchas cepas de esta bacteria producen cristales proteínicos conocidos como delta-endotoxinas o proteínas Cry, las cuales poseen propiedades insecticidas altamente específicas frente a determinados órdenes de insectos y nemátodos.

¿Cómo se descubrió y estudió esta bacteria a lo largo del tiempo?

El descubrimiento inicial de la bacteria se remonta a 1902, cuando fue identificada por el biólogo japonés Shigetane Ishiwatari. Posteriormente, en 1911, fue aislada de forma independiente en Alemania por Ernst Berliner, quien la estudió como el agente causal de una enfermedad que afectaba a las orugas de la polilla gris de la harina. Décadas más tarde, en 1976, investigaciones avanzadas como las de Robert A. Zakharyan demostraron que los plásmidos desempeñaban un papel fundamental en la formación tanto de endosporas como de los cristales proteínicos insecticidas. Estos hallazgos sentaron las bases para comprender la genética molecular de las proteínas Cry y su posterior aprovechamiento biotecnológico en la protección de cultivos agrícolas frente a plagas destructivas.

¿De qué manera actúan las toxinas Cry sobre los insectos plaga?

El mecanismo de acción insecticida se desencadena cuando las larvas de los insectos susceptibles ingieren las esporas y los cristales proteínicos presentes en los cultivos o aplicados mediante aerosoles líquidos. Al llegar al tracto digestivo del insecto, el entorno fuertemente alcalino disuelve los cristales proteínicos y activa las toxinas Cry. Estas toxinas activadas se adhieren a receptores específicos ubicados en la superficie de las células epiteliales del intestino medio del insecto, abriendo poros que provocan la lisis celular y, en consecuencia, la muerte del organismo afectado. Dado que este mecanismo requiere receptores celulares específicos, la toxicidad se limita a grupos concretos de insectos, protegiendo a los vertebrados y a la gran mayoría de artrópodos benéficos.

¿Cómo se utilizan los biopesticidas y los cultivos modificados genéticamente en la agricultura?

Desde la década de 1920, las preparaciones a base de esporas y cristales de Bacillus thuringiensis se han aplicado como biopesticidas comerciales en aerosol para el control específico de plagas agrícolas y larvas de mosquitos, destacando por su compatibilidad con prácticas agrícolas respetuosas con el medio ambiente. Posteriormente, en 1985, la compañía belga Plant Genetic Systems desarrolló con éxito las primeras plantas de tabaco genéticamente modificadas para expresar los genes Cry de la bacteria y tolerar el ataque de insectos. En la década de 1990, reguladores como la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos aprobaron la comercialización de cultivos transgénicos como la patata, el maíz y el algodón Bt, los cuales experimentaron una amplia adopción global en los años siguientes para reducir la aplicación masiva de insecticidas químicos sintéticos.

¿Qué controversias e inquietudes existen en torno a la seguridad ambiental y alimentaria?

A pesar de sus beneficios documentados en la reducción del uso de insecticidas de amplio espectro, el uso de cultivos modificados ha generado debates sobre la seguridad alimentaria y ambiental. En las primeras etapas de su comercialización surgieron inquietudes sobre posibles efectos adversos en organismos no objetivo, como las larvas de la mariposa monarca, aunque estudios posteriores de seguimiento descartaron riesgos significativos bajo condiciones de campo reales. Asimismo, se han analizado investigaciones toxicológicas en modelos animales que sugieren posibles alteraciones bioquímicas o hepatorrenales, mientras que autoridades regulatorias como la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria han evaluado dichos hallazgos y determinado que carecen de relevancia biológica concluyente. Paralelamente, se han documentado debates sobre la posible introgresión genética de transgenes en variedades de maíz nativo en centros de origen como México.

¿Cuáles son las limitaciones y los desafíos relacionados con la resistencia de las plagas?

La exposición continua de las poblaciones de insectos a las toxinas ejerce una fuerte presión selectiva que favorece la aparición de resistencia en las plagas, un fenómeno observado tanto en aplicaciones tradicionales con aerosoles como en cultivos transgénicos de primera generación. Para mitigar este problema, las agencias reguladoras implementaron estrategias de gestión basadas en la plantación de refugios de cultivos no modificados adyacentes a los campos Bt, permitiendo que los insectos susceptibles sobrevivan y se apareen con individuos resistentes para diluir la frecuencia de los alelos de resistencia. No obstante, factores como la reducción estacional en la expresión de las toxinas y la adaptación de ciertas plagas han demostrado que la gestión de la resistencia requiere un monitoreo agronómico constante y adaptativo.

Sources & Further Reading

• Brock Biology of Microorganisms (11th edition), por Madigan M. y Martinko J., Pearson Prentice Hall, 2006.
• Bacillus thuringiensis as a specific, safe, and effective tool for insect pest control, por Roh et al., Journal of microbiology and biotechnology, 2007.
• Genetically Engineered Plants and Foods: A Scientist's Analysis of the Issues, por Peggy Lemaux, Annual Review of Plant Biology, 2008.
• Insect resistance to Bt crops: evidence versus theory, por Tabashnik B. E. et al., Nature Biotechnology, 2008.