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El escarabajo rojo de la harina, Tribolium castaneum.

Combatiendo un insecto plaga de grano almacenado con sus propios genes

Es bastante difícil despertarse en la mañana, pero es aún peor cuando se encuentra una plaga desagradable en el cereal de desayuno, tal como el escarabajo rojo de la harina, Tribolium castaneum. Aunque éste no es común, todavía es muy desagradable, por no decir más.

En EE.UU., tales infestaciones causan millones de dólares en pérdidas anualmente en los granos almacenados y los productos alimenticios hechos con esos granos. Típicamente, el saneamiento de los depósitos reduce la poblaciones de los escarabajos, pero infestaciones severas pueden requerir el uso de insecticidas o fumigación. Desafortunadamente, este escarabajo tiene una propensión a desarrollar resistencia a los insecticidas.

Pero ahora las claves del éxito de esta plaga—sus genes—podrían llevar a su ruina. Entomólogo Richard W. Beeman y sus colegas en el Servicio de Investigación Agrícola (ARS), con la ayuda de un mapa genómico de todo de los 16.000 genes de T. castaneum, están planeando un tipo de sabotaje genético contra las funciones básicas de vida del escarabajo, desde su digestión hasta su movimiento.

En un número de la revista científica 'Insect Biochemistry and Molecular Biology’ (Bioquímica y Biología Molecular de Insectos) del 2009, Beeman y sus colegas universitarios de la Universidad Estatal de Kansas en Manhattan informan sobre nueve genes que regulan cómo la quitina, la cual es un material bioquímico clave, es usada para formar el caparazón externo o dermatoesqueleto del escarabajo rojo de la harina.

Los genes codifican enzimas especializadas llamadas deacetilases de quitina (CDAs por sus siglas en inglés). Estas enzimas quitan ramas de la cadena larga de azúcares simples que forman la quitina cruda. Cuáles de las ramas se quitan dependen de dónde se necesita la quitina en el cuerpo del escarabajo durante el desarrollo, y el propósito de la quitina.

“El proceso entero es complejo y controlado precisamente”, dice Beeman, quien trabaja en el Centro de Investigación del Mercadeo y la Producción de Grano mantenido por el ARS en Manhattan, Kansas.

Por ejemplo, alrededor las articulaciones de las patas, la estructura de la quitina tiene que ser cortada por las enzimas en una manera que permite flexibilidad y movimiento. Pero alrededor la cabeza y el tórax, donde la protección de órganos vitales es esencial, se necesita un depósito de quitina más denso y más rígido, el cual requiere acciones diferentes por los genes que codifican CDAs específicas.

La quitina también tiene un papel dentro del escarabajo forrando los intestinos como una barrera contra los patógenos ingeridos y los abrasivos y creando una vasija para digestión.

Un procedimiento biotecnológico llamado la interferencia de ARN ha demostrado ser imprescindible en demarcar los papeles de los genes. “Usando este método, podemos parar la función de cualquier de los genes de deacetilases y luego observamos si el insecto puede sobrevivir, y también exactamente cómo la falta de un gen específico afecta el desarrollo del insecto”, dice Beeman. Él colaboró con Karl J. Kramer, ahora retirado del ARS, y Yasuyuki Arakane, Khurshida Begum, Radhika Dixit, Yoonseong Park, y Subbaratnam Muthukrishnan de la KSU.

En estudios de laboratorio, las larvas de una raza de escarabajo que careció de CDA desarrollaron normalmente hasta la adultez, cuando los escarabajos no pudieron doblar sus patas, haciendo imposible la alimentación, la reproducción y el movimiento. En otra raza de escarabajos, impedir un diferente gen de CDA llevó a la incapacidad del insecto de mudar su dermatoesqueleto.

Aunque algunos escarabajos podrían sobrevivir la falta de función de algunos de los genes de CDA, la incapacidad de ingerir un virus o doblar la pata trasera, por ejemplo, podría condenar tales insectos en condiciones naturales.

“El objetivo final”, dice Beeman, “es identificar cuáles de los genes son imprescindibles para el insecto. Luego podremos desarrollar maneras de inactivar esos genes para controlar los insectos plagas”.

Una posibilidad es formular biopesticidas que desactivan la quitina. Otra es desarrollar cultivos que contienen proteínas anti-quitinas que impedir la alimentación de los escarabajos, o enterrarlos en sus propias pieles.

—Por Jan Suszkiw, ARS.

La versión en inglés de "Combatiendo un insecto plaga de grano almacenado con sus propios genes" ("Grain Pest's Own Genes Turned Against It") fue publicada en la revista 'Agricultural Research' de noviembre 2009.