Uno de los problemas más importantes para la producción agrícola es el daño a los cultivos generado a causa de los insectos, virus y otros patógenos. Debido a esto, ha aumentado el interés comercial que implica el desarrollo de plantas transgénicas capaces de resistir plagas y enfermedades.
Bacillus thuringiensis (Bt) es una bacteria gram positiva del suelo que durante la esporulación produce proteínas llamadas δ-endotoxinas, también conocidas como proteínas cry, las cuales son inclusiones parasporales proteicas que presentan efectos insecticidas contra una gran variedad de órdenes, como Lepidoptera, Diptera y Coleoptera (Xu et al, 2014).
Cuando las inclusiones parasporales son ingeridas por los insectos estas son solubilizadas en su intestino medio y se liberan proteínas cristalinas en forma de protoxinas. Por sí mismas estas no presentan toxicidad; las proteasas intestinales del insecto aún deberán retirar aminoácidos de los extremos amino y carbono terminal para generar las toxinas y producir la muerte de la larva (Galitsky et al, 2001). Las proteínas cry resultan ser una buena alternativa al control convencional de plagas, ya que son altamente específicas, inocuas para humanos y plantas, y completamente biodegradables (Bravo et al, 2007).
Uno de los problemas agrícolas actuales en México es el generado por el coleóptero endémico Conotrachelus aguacatae, una plaga de gran importancia económica que es capaz de afectar a más del 40% de la producción neta de aguacate, producto del cual México es el principal exportador y productor a nivel mundial (Coria et al, 1999). Actualmente los genes Cry son usados y patentados por diversas compañías, lo cual limita su uso por las grandes barreras económicas y legales (Díaz et al, 2013).
Durante años la biología molecular representó la técnica definitiva para la generación de organismos recombinantes, sin embargo, actualmente gracias al desarrollo de técnicas como la bioinformática y la biología sintética se hace posible la elaboración, diseño y optimización de genes in situ. Tal como mencionan Jiménez y Giraldo (2016): “El diseño in silico de genes semi-sintéticos, constructos genéticos o casetes de expresión, es una herramienta versátil que permite al investigador manejar fácilmente variables en la secuencia de ADN y de los constructos que con el uso de técnicas moleculares convencionales sería muy dispendioso.
Esta metodología permite la libre escogencia de secuencias promotoras, terminadoras, genes, regiones no traducidas (UTR), enhancers, péptidos señal, entre otros; insertar o eliminar sitios de restricción que faciliten manipulaciones en el laboratorio y realizar modificaciones en la secuencia codificante como optimizaciones de uso de codones y remoción de secuencias indeseables, factores que mejoran significativamente los niveles de expresión genética”.
El diseño, desarrollo y optimización in silico de un gen que codifique una toxina Cry con especificidad hacia el coleópteros y en especial hacia C. aguacatae abre la posibilidad para la obtención de plantas transgénicas mexicanas de Persea americana que presenten mayor resistencia hacia este tipo de plagas. La evaluación del cassette de expresión para el gen de una proteína cry contra dos plagas distintas de la planta del aguacate muestra buenos resultados en la medida en que conserva los dominios funcionales que confieren toxicidad a las mismas, así como su estructura tridimensional. Esto apunta a que el gen expresaría una proteína cry funcional.
Figura 1 . Modelo 3D de nuestra proteína con el mejor ajuste de residuos y su respectivo gráfico de Ramachandran.
Referencias asociadas
Jiménez P, Giraldo AC. (2016). Diseño in silico y evaluación funcional de genes semisintéticos que confieran tolerancia a fosfinotricina. Revista Colombiana de Biotecnología, 18, 89-95.
Bravo A, Gill SS, Soberón M. (2007). Mode of action of Bacillus thuringiensis Cry and Cyt toxins and their potential for insect control. Toxicon, 49, 423-435.
Coria-Ávalos VM. (1999). Ciclo de vida, fluctuación poblacional y control del barrenador de la semilla del aguacate (Conotrachelus perseae Barber, C. aguacatae b.)(Coleoptera: Curculionidae). Rev. Chapingo, Serie Hort, 5, 313-318
Diaz G, C, Sandoval, A, Chaparro Giraldo A. (2013). Diseño de un gen semisintético y análisis de la estructura de la proteína traducida. Biotecnología en el sector agropecuario y agroindustrial. Edición Especial No. 2 (155 – 164)
Galitsky N, Cody V, Wojtczak A, Ghosh, D, Luft JR, Pangborn W, English L. (2001). Structure of the insecticidal bacterial δ-endotoxin Cry3Bb1 of Bacillus thuringiensis. Acta Crystallographica Section D: Biological Crystallography, 57(8), 1101-1109.
Xu C, Wang BC, Yu Z, Sun M. (2014). Structural insights into Bacillus thuringiensis Cry, Cyt and parasporin toxins. Toxins, 6(9), 2732-2770.
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