La especificidad de las toxinas Bt

Hablar sobre plantas transgénicas siempre es materia de debate. Uno de los temas que siempre aflora en las discusiones es que los cultivos Bt —como el maíz y el algodón que son resistentes al ataque de plagas— son nocivos para los insectos benéficos (polinizadores, controladores biológicos, descomponedores, depredadores, etc) que habitan en los ecosistemas agrícolas.

Un cultivo Bt es aquel que, por ingeniería genética, le han introducido el gen cry de una bacteria de vida libre llamada Bacillus thuringiensis o Bt. Este gen codifica una proteína cristalina que, al ser ingerida por ciertos insectos, les causa la muerte. Para ellos es una toxina. De esta manera, la planta se defiende de sus principales plagas evitando el uso de pesticidas sintéticos.

Existen muchos tipos de toxinas Cry, tales como: Cry1Ac, Cry2A, Cry3A, etc., que son producidas por distintas cepas de Bt y que presentan diferencias a nivel estructural. Por ejemplo, Cry1Ac y Cry2A comparten menos del 20% de sus secuencias de aminoácidos. Por esta razón, su nivel de toxicidad puede variar entre un grupo de insectos y otro. La toxina Cry1Ac actúa mejor sobre larvas de lepidópteros como el gusano rosado y gusano del algodón, mientras que la Cry3A lo hace sobre larvas de coleópteros como los gusanos de tierra y de raíz del maíz.

Acción de las toxinas Cry sobre distintos grupos de organismos. Fuente: Palma, et al (2014).

Cuando los insectos se comen las hojas de una planta Bt, ingieren las toxinas Cry aún en su forma cristalina, que es insoluble e inactiva (protoxina). El pH alcalino del tracto digestivo de los insectos la solubiliza, quedando a merced de las proteasas (enzimas que degradan proteínas) para poder digerirlas. Sin embargo, esto no es lo que ocurre. La acción de las enzimas terminan por activar la toxina Cry, que se une a la membrana de las células epiteliales del intestino, destruyéndola. Al cabo de unos minutos, el insecto muere.

A través de estudios moleculares, podemos ver cómo se activan las toxinas Cry en el tracto digestivo de los insectos. La siguiente imagen muestra cómo cambia la estructura de las protoxinas Cry1Ac y Cry2A, al ser ingeridas por las larvas de la heliotis (Helicoverpa zea), una plaga típica del algodón.

Activación de protoxina Cry1Ac y Cry2A. Fuente: Liu et al. (2020).

La protoxina Cry1Ac es mucho más grande que la protoxina Cry2A (130 y 70 kDa, respectivamente). Después de la acción de las proteasas (como la tripsina), pierden parte de su estructura (las regiones marcadas en gris), reduciendo su tamaño (65 kDa y 50 kDa, respectivamente). En este punto, Cry1Ac y Cry2A son toxinas activas y resistentes a la acción de las enzimas peoteolíticas del insecto.

Se han realizado diversos estudios sometiendo protoxinas Cry a extractos de jugos intestinales de diferentes especies de insectos. Por ejemplo, en la larva de la mariposa de la col (Pieris brassicae), la toxina Cry1Ac activa tiene 60 kDa. Es 5 kDa más pequeña que la producida en H. armigera, pero mucho más nociva. En la larva de la polilla de las crucíferas (Plutella xylostella), la protoxina Cry2A se activa formando dos toxinas diferentes de 50 kDa.

Como pueden ver, las protoxinas Cry se activan de distinta manera en diferentes insectos. En algunos casos generan toxinas muy efectivas, mientras que en otros, las toxinas son inocuas o terminan por degradarse completamente. Por ello, las plantas Bt poseen diferentes genes cry en función de las plagas que las atacan.

También se evalúa el efecto de las toxinas Cry al ser ingeridas —directa o indirectamente— por insectos benéficos. Por ejemplo, un estudio realizado en 2013 muestra que las toxinas Cry 1A.105, Cry2Ab2 y Cry3Bb1, presentes en un maíz transgénico, no mostraban efectos negativos sobre las poblaciones de abejas (Apis mellifera carnica) ni sobre su flora microbiana. Las toxinas se degradaban sin problemas en su tracto digestivo.

¿Y qué pasa en los seres humanos? A diferencia de los insectos, nuestro estómago presenta un entorno ácido donde actúan otras enzimas proteolíticas. Las toxinas Cry que actualmente se usan en los cultivos transgénicos no llegan a activarse y son degradadas en nuestro tracto digestivo.

A fines de los años 1990, los científicos observaron que la proteína Cry9c no se degradaba adecuadamente cuando fueron sometidas a una solución que simulaba los fluidos de nuestro estómago (ácido clorhídrico, sal, pepsinas y agua). Como medida precautoria, los reguladores decidieron no autorizar los maíces transgénicos con el gen cry9c para el consumo humano. No obstante, este maíz Bt (llamado StarLink) fue encontrado en la harina empleada para elaborar tortillas causando gran alarma. Si bien no hubo reportes oficiales de casos de alergia o daño provocado por el consumo de este maíz, se retiró del mercado. Esto fue aprovechado por los opositores a la biotecnología agrícola para difundir el bulo que los transgénicos causaban alergias.

Las toxinas Cry empleadas en los cultivos transgénicos son seguras para el ser humano y para los insectos benéficos. Es más, la agricultura orgánica emplea esporas de Bt como control biológico de plagas. Gracias a ellas, los algodones y maíces Bt han reducido el uso de insecticidas mucho más nocivos para el ambiente y la salud de las personas.