Estudian simbiosis de bacterias intestinales con el gusano barrenador de la nuez pecana
Los insectos, al igual que el resto de los organismos del reino animal, incluyendo al humano, contienen simbiontes intestinales o microorganismos que los asisten en diversas funciones; entre otras, nutricionales, metabólicas y detoxificantes (Schmidt y Engel, 2021). La clase insecta es la más diversa dentro de los eucariotes, así como también sus hábitats, morfología, fisiología y fuentes de alimento, atribuyéndose su gran adaptabilidad, en parte, a la simbiosis que han desarrollado con los microorganismos (Arora, et al, 2022; Lukasik y Kolasa, 2024; Shamjana, et al, 2024).
En cuanto al metabolismo, se ha observado que, dependiendo de la fuente de alimento del insecto, este se asocia con aquellos microorganismos que producen las enzimas necesarias que les permitan aprovechar los nutrientes de su fuente de alimento. Un ejemplo claro de esto es la asociación simbiótica que se estableció entre las termitas y las bacterias productoras de enzimas degradadoras de celulosa, hemicelulosa y lignina que constituyen la madera. Una especie bacteriana presente en todo el intestino de las termitas que cumple con esto es Streptomyces naraensis (Dar, et al, 2024).
La capacidad de los simbiontes intestinales presentes en las termitas ha despertado el interés en su potencial uso en biorrefinerías para el aprovechamiento de los residuos agroindustriales (Dar, et al, 2024). En cuanto a los simbiontes detoxificadores, hay un ejemplo muy particular en el insecto plaga conocido como broca del café (Hypothenemus hampei). Este insecto se asoció a la bacteria Pseudomonas fulva, queal producir la enzima cafeína desmetilasa, elimina los grupos metilo de la molécula de cafeína convirtiéndola en xantina y con ello se elimina el efecto tóxico hacia el insecto (Ceja-Navarro, et al, 2015).
En este sentido, en el laboratorio de Ecología Química de la Coordinación de Ciencia de los Alimentos del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD), desde el 2006 se inició la investigación de la estrecha relación entre el gusano barrenador de la nuez (GBN) y la planta de nogal pecanero; una de las grandes incógnitas ha sido averiguar por qué el GBN prefiere alimentarse, refugiarse y reproducirse en una planta que es rica en taninos.
Los taninos son compuestos considerados disuasivos e incluso tóxicos para algunos organismos. Con el fin de orientar la búsqueda de esta respuesta a la microbiota intestinal, se evaluó en el contenido intestinal de la etapa larval del insecto, la presencia de bacterias que lo asistieran en la detoxificación de los taninos, mediante la producción de la enzima tanasa, capaz de hidrolizar taninos, y de la enzima lacasa, que puede polimerizar el ácido gálico liberado en la hidrólisis de taninos.
De esta evaluación fue posible identificar en la microbiota intestinal del GBN bacterias del género Bacillus, que le permiten metabolizar los taninos que consume de la planta de nogal. Entre las especies identificadas con estas capacidades se encuentran Bacillus pumilus, que es capaz de producir tanasa y lacasa (Corrales-Maldonado, et al, 2022) y Bacillus safensis, Bacillus xiamenensis y Bacillus altitudinis, productoras de la enzima lacasa (Corrales-Maldonado, et al, 2024).
El estudio de la simbiosis intestinal de los insectos con microorganismos puede ser una base científica importante para entender la relación que se presenta entre planta-insecto, ya sea para la búsqueda de dianas para el control de las plagas, para buscar formas de disminuir la pérdida de poblaciones de insectos benéficos como las abejas o encontrar nuevas fuentes de bacterias productoras de enzimas o metabolitos importantes para la industria.
Este trabajo fue desarrollado por el grupo de investigación integrado por Irasema del Carmen Vargas Arispuro, Consuelo Guadalupe Corrales Maldonado, Rosalva Pérez Morales, Miguel Ángel Martínez Téllez y Emmanuel Aispuro Hernández, académicas y académicos de los laboratorios de Ecología Química y Fisiología Vegetal.
Referencias:
Arora, J., Kinjo, Y., Šobotník, J., Buček, A., Clitheroe, C., Stiblik, P., Roisin, Y., Žifčáková, L., Park, Y.C., Kim, K.Y., Sillam‑Dussès, D., Hervé, V., Lo, N., Tokuda, G., Brune, A. y Bourguignon, T. (2022). The functional evolution of termite gut microbiota. Microbiome, 10(1): 78.
Ceja-Navarro, J. A., Vega, F. E., Karaoz, U., Hao, Z., Jenkins, S., Lim, H. C., Kosina, P., Infante, F., Northen, T. y Brodie, E. L. (2015). Gut microbiota mediate caffeine detoxification in the primary insect pest of coffee. Nature communications, 6(1): 7618.
Corrales-Maldonado, C. G., Vargas-Arispuro, I., Martínez-Carrillo, J. L., Pérez-Morales, R., Martínez-Téllez, M. Á., Aispuro-Hernández, E., Arellano-Gil, M. y Castro-Espinoza, L. (2022). The gut bacteria symbionts from the monophagous insect Acrobasis nuxvorella produce tannase for the digestion of Carya illinoinensis tannins. Journal of Asia-Pacific Entomology, 25(4): 102005.
Corrales-Maldonado, C. G., Vargas-Arispuro, I., Pérez-Morales, R., Martínez-Téllez, M. Á., Aispuro-Hernández, E. y Ávila-Quezada, G. D. (2024). Laccase-producing gut bacteria from the larvae of Acrobasis nuxvorella (Lepidoptera: Pyralidae). Applied Entomology and Zoology, 59: 237-244.
Dar, M. A., Xie, R., Zabed, H. M., Ali, S., Zhu, D. y Sun, J. (2024). Termite microbial symbiosis as a model for innovative design of lignocellulosic future biorefinery: current paradigms and future perspectives. Biomass, 4(1): 180-201.
Lukasik, P. y Kolasa, M. R. (2024). With a little help from my friends: the roles of microbial symbionts in insect populations and communities. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 379(1904): 20230122.
Shamjana, U., Vasu, D. A., Hembrom, P. S., Nayak, K. y Grace, T. (2024). The role of insect gut microbiota in host fitness, detoxification and nutrient supplementation. Antonie van Leeuwenhoek, 117(1): 1-29.
Schmidt K. y Engel P. (2021). Mechanisms underlying gut microbiota-host interactions in insects. Journal of Experimental Biology, 224(2): jeb207696.
Autoras(es): Consuelo Guadalupe Corrales Maldonado, Irasema del Carmen Vargas Arispuro, Miguel Ángel Martínez Téllez, Rosalva Pérez Morales y Emmanuel Aispuro Hernández, académicas(os) del CIAD.
