Plaguicidas refinado para matar plagas, no abejas

Los pesticidas piretroides son efectivos. A veces demasiado efectivo

Fecha: 24-Nov-2017

Investigadores del departamento de entomología de la Universidad Estatal de Michigan han desbloqueado una clave para mantener la eficacia del insecticida en la eliminación de plagas sin matar insectos beneficiosos, como las abejas. El estudio, presentado en el número actual de Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , muestra que los ajustes moleculares pueden marcar la diferencia.

Los piretroides se dirigen al canal de sodio dependiente de voltaje , una proteína que se encuentra en las células nerviosas y musculares utilizadas para la señalización eléctrica rápida. Los piretroides funcionan básicamente uniéndose a la compuerta de voltaje del canal de sodio y evitando que se cierre. El sistema nervioso se sobreestimula y el insecto muere. Sin embargo, estos pesticidas no tienen el mismo efecto en los humanos u otros mamíferos.

Ke Dong, toxicólogo y neurobiólogo de insectos de la MSU y coautor del artículo, se centró en una sola proteína que podía permitirse a los abejorros la misma resistencia que los humanos: el tau-fluvalinato, un insecticida piretroide. Dong trabajó con Shaoying Wu, autor principal de la Universidad Agrícola de Henan (China), quien condujo la investigación en el laboratorio de Dong como académico visitante.

“Por primera vez estamos demostrando que las características estructurales únicas en los canales de sodio de las abejas interfieren con la unión de tau-fluvalinato para manchar los canales de sodio de las abejas”, dijo Dong. “Esto abre la posibilidad de diseñar nuevas sustancias químicas que se dirijan a los canales de sodio de las plagas, pero reemplacen a las abejas”.

Los canales de sodio son grandes proteínas transmembrana de más de 2.000 residuos de aminoácidos . El laboratorio de Dong pasó muchos años desentrañando este avance revolucionario. Los científicos inicialmente comenzaron con canales de sodio de otros insectos, como mosquitos, moscas de la fruta, cucarachas, ácaros y garrapatas, para encontrar donde los piretroides se unen a los canales de sodio de los insectos para matarlos de manera efectiva. Recibieron algo de ayuda de la naturaleza.

“Al examinar los mosquitos silvestres que se han vuelto resistentes a los piretroides, pudimos ayudar a reducir los posibles sitios en los que centrarnos”, dijo Dong.

Específicamente, en un estudio previo, Dong y el equipo identificaron mutaciones que hacían que los canales fueran más resistentes a los piretroides. Trabajando con Boris Zhorov, un experto en modelado por computadora de la Universidad McMaster en Canadá, identificaron dos sitios distintos de unión de piretroides en los canales de sodio de insectos. También descubrieron las diferencias moleculares entre mamíferos y las diferentes reacciones de los insectos a los piretroides.

Para el estudio actual, el equipo se centró en un enigma de larga data que abejorros y abejas melíferas son muy sensibles a la mayoría de los piretroides, pero eran resistentes al tau-fluvalinato. Actualmente, el tau-fluvalinato se usa ampliamente para controlar las plagas agrícolas y también los ácaros varroa, que son una de las mayores amenazas para las abejas en todo el mundo.

Eventualmente, el equipo descubrió que el canal es resistente al tau-fluvalinato pero sensible a otros piretroides. El análisis mutacional adicional y el modelado informático revelaron que los residuos de aminoácidos específicos en los canales de abeja buzo son responsables de la toxicidad selectiva.

La investigación futura examinará los canales de sodio de varias plagas e insectos beneficiosos para explorar las características de los sitios de unión de piretroides, lo que podría sentar las bases para el diseño de nuevos y selectivos pesticidas. También arrojará luz sobre cómo las plagas desarrollan resistencia a los insecticidas a lo largo del tiempo y qué tan beneficiosos los insectos les responden en el campo.