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Nuevos modos de acción de los hongos entomopatógenos

Ponencia a cargo de: 
Dña. Inmaculada Garrido. Professor Agricultural Entomology – ETSIAM (Universidad de Córdoba)

Título de la ponencia:
“Nuevos modos de acción de los hongos entomopatógenos”

Resumen

Entrevista

Ponencia de Dña. Inmaculada Garrido

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Dña. Inmaculada Garrido. Professor Agricultural Entomology – ETSIAM (Universidad de Córdoba), nos ilustra en su ponencia  sobre nuevos modos de acción de los hongos entomopatógenos, mostrándonos como el modo de acción de los hongos entomopatógenos que todos hemos estudiado, se ha modificado en los últimos años, con nuevas y sorprendentes estrategias para matar a los insectos.

Además, nos muestra cómo los hongos entomopatógenos no son solo entomopatógenos.

TRANSCRIPCIÓN DE LA PONENCIA

Voy a hablarles sobre el nuevo modo de acción que tienen los hongos entomopatógenos, algo que estamos viendo en los últimos 6 años.


Cómo ha comentado Javier, tenemos distintos microorganismos que se pueden utilizar para el control de plagas de insectos, es lo que se llama control microbiano con microorganismos entomopatógenos.


De todos ellos, como comentó Javier, los hongos tienen un modo de acción bastante particular que lo hace ventajosas en ciertas ocasiones. Tanto los microsporidios como los virus y las bacterias, para poder matar a sus pedante, necesitan ser ingeridos, con lo cual no sirven para todos los tipos de plaga.


Además, los nematodos utilizan aberturas naturales entendiendo por aberturas naturales la boca, el ano y los espiráculos, sin embargo los hongos pueden penetrar además de por la boca o por las aberturas naturales, ano y espiráculos, también a través de la cutícula, con lo que le da ventaja en ciertas situaciones. 


El modo de acción del hongo comienza con el conidio, que sería la espora. La espora llega a la cutícula del insecto, se adhiere y una vez que se adhiere en él comienza la germinación, penetra dentro del insecto y llega al hemocele, en dónde se alimenta del Interior del insecto lo coloniza y lo mata. Una vez que encuentra condiciones adecuadas de humedad y temperatura, sale del insecto provocando lo que conocemos como micosis.


Los hongos entomopatógenos son patogénicos para una gran variedad de insectos, normalmente son generalistas. Muy pocas especies de hongos entomopatógenos son especialistas.


Como hemos dicho, el ciclo o el modo de acción clásico del hongo, lo que conocemos, comienza con la adhesión del conillio a la cutícula, pasaría la germinación y la penetración. En esa penetración están implicadas distintas enzimas lipasas, quitinasas y proteasas que romperían el tegumento del insecto.


Una vez dentro, se multiplicaría en el hemocele y comenzarían lo que se llama la estrategia de crecimiento que también nos ha comentado antes Miguel Ángel en su ponencia. 


Algunos hongos siguen esta estrategia de crecimiento en el que se alimenta del Interior exhausta los nutrientes del insecto, colonizan todo el interior y termina con la muerte del mismo. 


Otros hongos siguen la estrategia tóxica, como también comentó Miguel Ángel, en la que pueden producir algún tipo de compuesto insecticida de bajo peso molecular, como son metabolitos secundarios o de alto peso molecular, como son proteínas insecticida y esa extocina, esos compuestos insecticidas que producen, mataría al insecto antes de que se produjera el crecimiento en el interior. 


Posteriormente a la muerte el insecto, coloniza totalmente el cadáver y como he comentado antes, si hay unas condiciones adecuadas de humedad y temperatura, saldrá al exterior, esporulará y comenzará un nuevo ciclo de infección. Éste es el modo de acción que hasta ahora conocemos de los hongos entomopatógenos


Los hongos se pueden utilizar en distintas estrategias. Normalmente se emplean para tratamientos de estados aéreos en las fases del ciclo del insecto en dónde se encuentra en el estado aéreo, mediante pulverización o espolvoreo, pero también se pueden utilizar en el suelo para los estados que se encuentran en los estados edáficos.


En el registro de productos fitosanitarios actualmente tenemos varios productos comercializados con base de distintos hongos. Tenemos tres con cuya base del hongo beauverasiana, otro metarrizium, etc. todos ellos están autorizados para su utilización en tratamientos aéreos principalmente en lo que se suele utilizar.


Sin embargo en un proyecto que estamos desarrollando ahora denominado innolivar, se están desarrollando dos prototipos de fórmulados precormerciales para su posterior registro, también del producto en el registro de productos fitosanitarios para el control de la mosca del olivo en la parte edáfica. Sería para su aplicación del suelo lo que implica una novedad en este tipo de producto. 


Además los entomopatógenos se podrían utilizar en este tipo de dispositivo de autoinoculación en el que el insecto entraría, se inocularía con el hongo, y saldría de manera que pueda dispensar también, además de morir el mismo, podría dispersarlo a otros individuos de su propia especie.


Bueno, pues estas aplicaciones aéreas que llevamos a cabo con los hongos entomopatógenos, nos puede permitir también que el hongo sea capaz de establecerse en la planta. Cuando nosotros aplicamos de manera aérea, no solamente le va a caer el insecto, le va a caer también al cultivo, y si en ese cultivo el hongo encuentra unos nutrientes adecuados podría adaptarse a él. De hecho hay ocasiones en las que se produce una colonización del cultivo de una manera permanente y el hongo puede comportarse como si fuera un verdadero endófitos. En otras ocasiones esas colonizaciones son temporales y desaparecen al cabo de unos días, quizás cinco diez días.


Estas colonizaciones en planta están enfocadas sobre todo al control de insectos barrenadores. Un ejemplo de ello puede ser el caso de estos beauveria bassiana que se encontró de manera natural en una larva de iraella luteipes, un himenóptero que causa el tronchado de la planta de adormidera, que es de donde se obtiene el opio.


Este hilado de beauveria bassiana, que como digo se obtuvo de manera natural de una planta de adormidera, mediante inoculaciones artificiales podemos introducirlo otra vez la planta, bien con inoculación de semilla o bien con aplicaciones foliares o al suelo, y además se ha comprobado por primera vez que este hongo beauveria bassiana se comporta como un verdadero endófito, y se produce la transmisión vertical en las plantas. ¿Qué significa esto? Que si nosotros tratamos el hongo con una semilla de adormidera y los sometemos todo el ciclo de cultivo y volvemos a cosechar otra vez las cápsulas con la semilla, obtenemos eco en todas las fases de cultivo y en esa nueva semilla, con lo cual el hongo ha establecido una relación íntima con la planta y se convierte en lo que se llama endófito.


Estas colonizaciones permanentes van orientadas al control de insectos barrenadores que cuesta trabajo acceder a ellos por otra vía, por la vía de un insecticida químico, sin embargo las colonizaciones temporales también nos podría dar un cierto control para insectos que tienen otro tipo de alimentación, cómo son los insectos con aparato bucal picador-chupador o insectos masticadores.


En el caso de estos insectos que se alimentan por masticación, tenemos por ejemplo el caso de Spodoptera littoralis, en el que si la sometemos a tratamientos clásicos por inmersión con el hongo y además le damos de manera combinada, o independientemente, plantas colonizada con boveri o con metarhizium, podemos observar algo bastante curioso y es que en los tratamientos en los que sumergimos la larva y aplicamos directamente el hongo una suspensión se produce ese crecimiento fúngico externo en el cadáver. Cuando sometemos los cadáveres a condiciones adecuadas el hongo sale del cadáver y produce esa micosis exterior, que sería la estrategia de crecimiento que hemos comentado antes.

Hay un pequeño porcentaje en el que no sale ese hongo al exterior y se determina la muerte por otras causas. Estas causas pueden ser porque la población tenga algún problema y sean causas naturales, o bien puede ser también por la producción de toxinas.


En el caso de que hagamos las aplicaciones conjuntas de la inmersión con la planta colonizada observamos lo mismo. También vemos que hay crecimiento fúngico y muerte por otras causas y esto ocurre independientemente de la planta que utilicemos o de la especie fúngica que utilicemos. Sin embargo cuando damos solamente los discos de plantas colonizadas, vemos que en ningún caso se produce un crecimiento fúngico externo, es decir no sigue la estrategia de crecimiento del hongo ¿Podría seguir la estrategia tóxica? es posible. 


En el caso de metarhizium, se evaluó la cantidad del metabolito secundario que produce con más probabilidad este hongo, que es la dextruxina A y solamente un 11% de los insectos mostraron una pequeña cantidad de esa destrucción . Por lo tanto ese hongo tampoco sigue la estrategia tóxica.


Tenemos un caso en el que no siguen la estrategia de crecimiento y no sigue la estrategia tóxica. Entonces, ¿por qué se produce la muerte?. Quizás la primera pregunta que nos encontramos.

Vamos a dejar aquí el caso de un masticador y nos vamos a ir un picador-chupador, dónde vamos a ver bastante similitudes.

En este caso tenemos plantas de melón que vamos a tratar también con la comoveria y con la metarrizium, pero no vamos a tratar la planta completa, vamos a tratar solo una parte de la planta y vamos a ver si el hongo es capaz de colonizar, y vamos a llegar aquellas partes donde no tratamos, y allí vamos a hacer infestaciones con mosca blanca Bemisia tabachi. En esos cadáveres de mosca podemos observar que algunos de ellos muestran crecimientos fungicos.


Podríamos decir que quizás no es el hongo nuestro, pero en este caso sí que lo era, el hongo estaba tratado, eran modificados genéticamente con una proteína verde fluorescente y éramos capaces de ver esa fluorescencia en el hongo, con lo cual sabemos que esta muerte producida en esa en esa ninfas de mosca blanca, en las partes donde no estaba inoculada la planta, sí que es por el hongo que nosotros hemos aplicado.

Podemos observar que también tenemos porcentaje bastante grande de muerte que no se produce por esa estrategia de crecimiento debido a otras causas. Volvemos a analizar la desxtroxina A, que como digo hay metabolitos secundarios que produce metarhizium con mayor frecuencia y vemos que el porcentaje de infecciones que causan aumenta un 43%, pero también son cantidades muy bajas de dextroxina A, que no nos llegarían a explicar ese casi 70% de muerte que tenemos.


En este caso hicimos también corte histológico de esos cadáveres de ninfa en los que no aparecía el crecimiento fúngico, y pudimos observar la presencia de núcleos picnóticos producidos por una degeneración celular de esas ninfas de mosca, lo que nos indica que hay una presencia de apoptosis o muerte celular, es decir, el insecto está muriendo por una muerte celular también denominada apoptosis.

Esta observación se hizo por primera vez también 2013 por este grupo en el que larvas de mosquito, cuando ingerían conillio de metarhizium (en este caso no eran plantas colonizada sino que los metarhizium), se echaban en el agua, ya que las larvas de mosquito donde se encuentran es en ese medio medio acuático, y ocurría exactamente igual, los mosquitos la larva de mosquito, ingería los conidios de metarhizium y los defecaban, pero sin que se produjeran una germinación de la semilla, ni se adherían ni germinaban, y sin embargo las larvas morían.

Esta muerte de esa larva estaba determinada también por muerte celular o apoptosis derivada de la actividad caspasa y también se vio que tenían estres oxidativo.


En este caso lo insectos no morían por una estrategia de crecimiento ni una estrategia tóxica, sino por estrés. Se activaban distintas rutas metabólicas que desembocaban en el estrés del insecto.


Lo mismo se observó con otros organismos acuáticos que son artemia y daphnia utilizada en distintos ensayos para la evaluación de riesgo ecotoxicológico, uno en ambiente salino y otro en ambiente dulce, y contra especies diferentes de mosquito.
En este caso ocurrió exactamente igual, ingerían conilio de metarhizium y los defecaban sin que germinara ninguno de ellos.


En este caso la actividad era responsable la actividad de la enzima caspasa 8 y también se provocaba esa muerte celular o apoptosis.


¿Qué quiere decir esto? Pues que cuando el hongo llega al hemocele del insecto se producen dos reacciones. Por un lado está la respuesta celular, en la que los hemocito intentan encapsular y nodular todo ese crecimiento fúngico. Esas hifas van creciendo dentro del hongo para editar la colonización, pero se produce también una respuesta humoral con la liberación de péptidos de especies de oxígeno reactivo y de complejos enzimáticos que regulan la melanización.


El hongo entomopatógeno en el insecto va a activar una red de respuesta relacionadas con el estrés y con los antioxidantes, que es lo que va provocar la muerte de insecto o el suicidio.

Por lo tanto el ciclo inicial que puse, en el que el modo de acción lo teníamos muy claro con la estrategia de colonización de crecimiento y con la estrategia tóxica, es válido cuando el hongo entra a los pedantes vía penetración de la cutícula, pero cuando entra por la vía de la ingestión bien en plantas colonizadas o bien en medios acuáticos como hemos visto con los mosquitos, no se produce ese ciclo, sino que se activan unas redes de respuesta en el insecto que llega a conducir a la muerte. Se pueden producir o no compuestos, pero se produce un suicidio del insecto.

 
Por lo tanto tenemos que con el control clásico con hongos entomopatógenos tenemos la estrategia de crecimiento en la que sale el hongo al exterior, y la estrategia tóxica con esa producción de compuestos insecticida.


El nuevo papel que tienen los hongos como endófitos nos abre un nuevo modo de acción que sería esa muerte de los insectos por estrés, y la pregunta quizá sería los otros modos de acción, los otros nuevos papeles o roles que tienen estos entomopatógenos como competente en la rizosfera, y los que pueden ser promotores de crecimiento al poner a disposición nutrientes para la planta, que no tendría si no estuvieran ellos,o como inhibidores de patógenos de plantas, pueden darnos también nuevos modos de acción de estos entomopatógenos.

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