El glifosato inhibe la germen simbionte en el escarabajo del trigo con dientes de sierra

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Los escarabajos del trigo con dientes de sierra viven en asociación simbiótica con las bacterias. Sus socios bacterianos proporcionan bloques de construcción importantes para la formación del exoesqueleto del insecto, que protege a los escarabajos de sus enemigos y la desecación. En un nuevo estudio, un equipo de científicos de la Universidad Johannes Gutenberg en Mainz, el Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena y el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada en Japón muestra que el glifosato inhibe las bacterias simbióticas del escarabajo del trigo. Los escarabajos expuestos al herbicida ya no reciben los ladrillos que necesitan de las bacterias. El estudio muestra que el glifosato tiene el potencial de dañar a los insectos indirectamente al atacar a sus socios bacterianos y contribuir así a su declive.

Los insectos necesitan socios microbianos para sobrevivir

Los organismos no existen de forma aislada, sino en una intrincada red de interacciones ecológicas. Estas interacciones deben tenerse en cuenta al juzgar el impacto de las actividades humanas. Los insectos en particular se benefician de formas distintas a los simbiontes microbianos, principalmente a través de nutrientes integrados y defensas químicas. Sin embargo, los beneficios derivados de tales asociaciones simbióticas también pueden hacer que el insecto sea más vulnerable. Los insectos hospedadores a menudo dependen tanto de sus socios microbianos que es poco probable que sobrevivan por sí mismos. Sin simbiosis, el desarrollo de los insectos puede retrasarse o prevenirse, su susceptibilidad a los enemigos naturales puede incrementarse, su potencial reproductivo y su competitividad con sus congéneres pueden verse comprometidos o pueden morir.

El glifosato evita que las bacterias simbióticas proporcionen los componentes básicos del exoesqueleto del insecto

El glifosato es actualmente uno de los pesticidas más utilizados en la agricultura, a pesar de la creciente controversia sobre sus efectos secundarios potencialmente dañinos. Se supone que suprime selectivamente el crecimiento de las plantas al inhibir la biosíntesis de aminoácidos aromáticos a través de la llamada vía shikimato, una vía metabólica que ocurre en plantas y muchos microorganismos. Los animales, por otro lado, no codifican la ruta del shikimato y, por lo tanto, se cree que el glifosato no los daña. Sin embargo, muchos animales participan en interacciones mutualistas con microbios simbióticos que dependen de la vía del shikimato para producir los aminoácidos que necesitan estos animales. «Un impacto del glifosato en los animales a través de sus socios bacterianos esenciales que utilizan o incluso se especializan en la vía shikimate parece obvio una vez que se comprende la interacción de ambos socios», explica Tobias Engl, uno de los autores principales del estudio. Ya se ha demostrado que el glifosato afecta negativamente a los microorganismos en los intestinos de las abejas melíferas, haciéndolas más susceptibles a diversos factores estresantes. Además, las bacterias mutualistas en varios taxones de insectos herbívoros proporcionan un beneficio clave: el aminoácido aromático tirosina necesario para la biosíntesis del exoesqueleto del insecto (cutícula). Esta dependencia de la simbiosis, a su vez, puede hacer que los insectos herbívoros sean particularmente vulnerables al glifosato en la agricultura: el herbicida inhibe la vía del shikimato en sus bacterias simbióticas y, como resultado, carecen de los aminoácidos importantes necesarios para la formación de la cutícula.

¿Es la adicción a sus compañeros simbióticos el talón de Aquiles de los insectos?

En este estudio, los científicos muestran que el glifosato afecta negativamente a las bacterias mutualistas alojadas por el escarabajo del trigo con dientes de sierra Oryzaephilus surinamensis, una plaga económicamente importante de los productos de granos almacenados. La exposición al herbicida ha abolido por completo la ventaja mutua que las bacterias simbióticas proporcionan para la formación de la cutícula, la principal protección del insecto contra el estrés, como la sequía o el ataque de depredadores.

Los investigadores secuenciaron el genoma del simbionte asociado con O. surinamensis. El diminuto genoma del simbionte (300 kpb) contiene las instrucciones genéticas para un metabolismo especializado en la síntesis de aminoácidos aromáticos a través de la vía shikimata. Curiosamente, el genoma se parece mucho al de las bacterias asociadas del picudo de las palmeras, que también participan en la formación de la cutícula, aunque estos simbiontes pertenecen a un grupo diferente de bacterias.

«Encontrar una relación simbiótica funcionalmente equivalente que surgió de forma independiente en dos bacterias phyla diferentes y familias de escarabajos relacionados lejanamente destaca la importancia de las simbiosis de soporte de cutículas en los escarabajos», dice Julian Kiefer, primer autor del estudio. Los científicos probaron experimentalmente los beneficios funcionales del huésped al complementar la dieta de los escarabajos con aminoácidos aromáticos, compensando así la eliminación de sus simbiontes. Por el contrario, la exposición al glifosato inhibió el asentamiento de bacterias simbióticas durante el desarrollo del escarabajo y abolió por completo el beneficio mutuo para la síntesis de cutículas.

«Cuando observamos el impacto negativo de la exposición al glifosato en esta asociación simbiótica, nos preguntamos si el glifosato representaba una amenaza general para los insectos que dependen de sus socios microbianos», dice Engl. Utilizando análisis filogenéticos, los autores demuestran que muchas bacterias mutualistas obligadas asociadas con varios insectos hospedadores diferentes en realidad codifican una enzima sensible al glifosato en la vía del shikimato, lo que sugiere que la susceptibilidad de sus simbiontes microbianos al glifosato representa un talón de Aquiles para un insecto.

Actualmente estamos experimentando una disminución de insectos a gran escala. La abundancia de insectos está disminuyendo, al igual que la diversidad de insectos, sin mencionar el impacto de la desaparición de abejas, escarabajos y otros insectos en los niveles más altos de la cadena alimentaria. Los nuevos hallazgos destacan el hecho de que el uso del herbicida glifosato en la agricultura pone en peligro las relaciones simbióticas vitales entre insectos y microorganismos y, por lo tanto, representa una seria amenaza para nuestros ecosistemas.

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