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H2020

SSAR — Resultado resumido

Project ID: 655559
Financiado con arreglo a: H2020-EU.1.3.2.
País: Dinamarca
Dominio: Alimentos y recursos naturales

Las saponinas: plaguicidas ecológicos

Dado que los insectos pueden ser muy perjudiciales para la producción mundial de alimentos, existe una necesidad global de plaguicidas más eficaces y respetuosos con el medio ambiente. Unos investigadores europeos abordaron esta necesidad a través de las saponinas, una clase de compuestos naturales de defensa de las plantas.
Las saponinas: plaguicidas ecológicos
Las plantas y los insectos han interactuado durante millones de años con los antiguos mecanismos de defensa especializados contra las estrategias de alimentación de los insectos en constante evolución. Las saponinas son unos compuestos de defensa con propiedades similares a las de los detergentes que pueden alterar las membranas celulares de las plagas herbívoras, causando la muerte celular.

A pesar del prometedor potencial de las saponinas como plaguicidas biológicos, poco se sabe sobre la toxicidad de las estructuras químicas para determinadas plagas. El proyecto SSAR, financiado con fondos europeos a través de una beca de investigación individual Marie Skłodowska-Curie, dilucidó la relación entre la estructura química de la saponina y la actividad biológica. «Queríamos identificar las estructuras químicas de las saponinas más potentes para su uso como plaguicidas biológicos», explica el coordinador del proyecto, el profesor Søren Bak.

Conocimiento de la vía biosintética de la saponina

Como primer paso, los investigadores de SSAR emplearon la especie silvestre «Barbarea vulgaris» como organismo modelo ampliamente utilizado en el campo para estudiar la evolución y la ecología de los compuestos de defensa de las plantas. Seleccionaron un número de genes candidatos para identificar los que están involucrados en la ruta biosintética de las saponinas.

Utilizando una metodología de vanguardia —como la reconstitución de vías metabólicas en las hojas de tabaco, la producción enzimática «in vitro» y los ensayos de alimentación de insectos—, los científicos descubrieron que un ortólogo citocromo CYP72A causa una mortalidad larval considerable. Los investigadores observaron que el CYP72A modifica las saponinas en una posición específica, lo que indica que una simple modificación estructural puede aumentar fuertemente la actividad de la saponina.

Curiosamente, el análisis de secuencias indicó que este CYP72A evolucionó a través de duplicaciones de genes después de la división ancestral entre las especies «Arabidopsis» y «Barbarea» y ha estado bajo una fuerte presión de selección. Este hallazgo pone de relieve la importancia de la modificación química en la evolución de las defensas de las plantas, tal como lo destaca el doctor Qing Liu, investigador principal del proyecto: «Esto demuestra que la evolución de las novedades químicas por duplicación y selección de genes es un factor clave en la designación de nuevas funciones para las enzimas».

Los investigadores lograron producir saponinas en las plantas de tabaco, una planta que no produce saponinas de forma natural, a través de la ingeniería metabólica de los genes de «Barbarea» identificados y evaluaron la función biológica de las saponinas generadas. Finalmente, utilizando bioensayos de alimentación y una serie de plagas de insectos herbívoros, decodificaron con éxito parte de las relaciones estructura-actividad de las saponinas y proporcionaron información sobre el mecanismo de defensa de los insectos.

«En el proyecto SSAR, introdujimos un sistema rápido y potente para determinar las relaciones estructura-actividad, utilizando la expresión transitoria de genes biosintéticos en las hojas de tabaco para la producción de compuestos y los ensayos de alimentación subsiguientes con insectos», destaca el profesor Bak. Este método es más relevante desde el punto de vista fisiológico, ya que los compuestos analizados se producen y almacenan dentro de las hojas, y no se aplican a las superficies foliares. También es más rápido, ya que se basa en la expresión de compuestos transitorios. En comparación con la laboriosa evaluación tradicional con plantas transformadas de forma estable, este sistema transitorio tarda menos de una semana desde la inoculación de los genes hasta los bioensayos de insectos.

Repercusión del uso de saponinas como plaguicidas biológicos

El proyecto SSAR proporcionó nuevos conocimientos sobre los plaguicidas biológicos a base de saponina con profundas aplicaciones industriales. La plataforma generada para la producción de compuestos bioactivos de plantas puede ser aplicada genéricamente para identificar nuevos plaguicidas biológicos que puedan ser utilizados como alternativas a los agroquímicos existentes.

Desde un punto de vista científico, la identificación de los genes implicados en la vía biosintética de la saponina también abrirá la posibilidad de diseñar y criar cultivos con capacidades de defensa contra plagas hechas a medida y basadas en la saponina. Los hallazgos de SSAR se publicarán pronto en una revista arbitrada y se espera que conduzcan a una mayor financiación. De cara al futuro, el profesor Bak cree que «un descubrimiento continuo de nuevos plaguicidas biológicos ayudará a abordar la necesidad de la sociedad de una producción de alimentos más sostenible, y apoyará la bioeconomía».

Palabras clave

SSAR, saponina, plaguicida biológico, CYP72A, relación estructura-actividad, ensayo de alimentación, «Barbarea vulgaris», reconstrucción de vías metabólicas
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