Un nuevo uso para la toxina de Bacillus thuringiensis

En la fotografía superior se observa a un ejemplar de B. thuringiensis con una endospora en su interior. En el medio se observa con detalle la endospora y el cristal paraesporal. En la parte inferior se muestra el modelo tridimensional de la toxina Cry (fuente).

Bacillus thuringiensis es el nombre de una bacteria que se encuentra en los suelos y en la superficie de las plantas. En 1911 se describió que era un patógeno de insectos. Su ciclo de vida es bastante interesante. Como todos los miembros del género Bacillus puede formar endoesporas. Pero a diferencia del resto, la endospora del B. thuringiensis presenta en su interior una estructura romboidal conocida como cristal paraesporal, y que consiste en una proteína cristalizada. ¿Para qué le sirve?

Cristales paraesporales purificados de B. thuringiensis (fuente Microbiology Bytes).

Como se ha indicado antes, B. thuringensis puede encontrarse en la superficie de las plantas, generalmente como esporas. Supongamos que sobre esa planta hay una oruga de lepidóptero comiéndosela. Junto con la materia vegetal la oruga engulle las esporas de la bacteria. Una vez llegan al tracto digestivo, allí se encuentran con un pH alcalino que provoca la disolución y activación de la proteína cristalizada. Esta proteína es un tipo de enterotoxina, a la que se la denomina como toxina Cry. La toxina se une a las células del tubo digestivo destruyéndolas y causando la muerte del insecto. Ahora la espora bacteriana se encuentra en el interior de un cadáver, lo que significa que tiene un montón de comida disponible, por lo que puede germinar, multiplicarse y volver a formar nuevas esporas.

Mode de acción de la toxina Cry en una larva de lepidóptero. La toxina es ingerida bien cuando la oruga ingiere a B. thuringiensis o bien cuando ingiere los tejidos de una planta transgénica. La solubilización y activación sucede debido al pH alcalino del tubo digestivo del insecto. La toxina se une a un receptor de las células intestinales y se integra en la membrana formando un poro que causa la muerte de las células. Debido a ello la oruga muere y sus tejidos en descomposición pueden ser aprovechados por la bacteria. (fuente: Laboratorio del Dr. Jurat-Fuentes).

La toxina Cry sólo afecta a insectos y es inocua para los vertebrados debido a que nuestra digestión se realiza a pH ácido. No es de extrañar que las propiedades insecticidas de este microorganismo hayan sido aprovechadas por el ser humano. En la década de los 20 del siglo pasado se comenzó la comercialización de las esporas como bioinsecticida. En los años 60 y 70 renació el interés por estos bioinsecticidas ya que eran una alternativa ambiental a los insecticidas químicos como el DDT. Con el advenimiento de la Ingeniería Genética diversas compañías agropecuarias desarrollaron plantas transgénicas en las cuales se había introducido el gen que codificaba para la toxina Bt en los cromosomas de la planta. La más famosa de las plantas transgénicas es el maíz Bt (por B. thuringiensis). Dichas plantas expresan la toxina en sus tejidos por lo que cualquier insecto que se la coma, se estará comiendo al mismo tiempo la toxina.

El maíz transgénico (maíz Bt) contiene la información genética para producir en sus tejidos la proteína Cry, por lo que cuando es atacado por el insecto conocido como Taladro del Maíz, el insecto muere (fuente).

Ahora se ha encontrado un nuevo uso para la toxina Cry. Un grupo investigador de la Universidad de California San Diego (UCSD) liderado por el Dr. Aroian ha publicado que una variedad de dicha toxina denominada Cry5B, es muy eficaz contra las lombrices intestinales. En las sociedades del primer mundo, las lombrices intestinales son una molestia que de vez en cuando afecta a los pequeños, pero en el tercer mundo son un grave problema sanitario. Se calcula que hay más de 1.000 millones de personas afectadas por estos parásitos. En esos países, los niños con estos parásitos muestran deficiencias en su desarrollo físico y mental. Sus infecciones causan debilitamiento que agrava el efecto de otras enfermedades como la tuberculosis y la malaria. Además, estos parásitos no sólo afectan a los humanos, sino también a las cabañas ganaderas causando grandes pérdidas.

Fotografía del parásito intestinal Heligmosoides bakeri. Estos nematodos pueden alcanzar un tamaño de 2 cmy parasitan a los ratones. (fuente).

A pesar del tremendo impacto que causan estos parásitos en los países en desarrollo, hay muy pocos medicamentos que los combatan eficazmente. Los más efectivos son el albendazol y la tribendimidina. Desgraciadamente el tratamiento es bastante prolongado y están apareciendo parásitos resistentes. Pues bien, la toxina Cry5 parece ser tres veces más efectiva que esos fármacos. Los investigadores han usado un modelo experimental en el que a ratones infectados con el parásito Heligmosomoides bakeri se les suministraba dicha toxina y han observado una disminución de hasta el 90% tras una simple dosis. Lo más sorprendente es que la mayor parte de la toxina Cry5 es degradada en el estómago debido al pH ácido, por lo que los investigadores han deducido que la cantidad de toxina que llega al intestino es mínima. Es por ello que ahora mismo están investigando la posibilidad de desarrollar algún mecanismo protector para que así la tóxina llegue al intestino intacta y por lo tanto disminuir la dosis.

Efectos de la toxina Cry5B en Heligmosoides bakeri. En estos dos experimentos se compara el efecto de suministrar un placebo o la toxina a un grupo de ratones infectados con el parásito. Puede observarse que el nivel de parásitos disminuye en ambos casos. (fuente Hu et al. PLoS).

Hu, Y., Georghiou, S., Kelleher, A., & Aroian, R. (2010). Bacillus thuringiensis Cry5B Protein Is Highly Efficacious as a Single-Dose Therapy against an Intestinal Roundworm Infection in Mice PLoS Neglected Tropical Diseases, 4 (3) DOI: 10.1371/journal.pntd.0000614
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