Científicos de Harvard han desarrollado moléculas que pueden ayudar a resolver uno de los problemas más graves en la agricultura moderna: el aumento de los insectos que son resistentes a los rasgos que fueron diseñados para ayudar a los cultivos a resistir plagas.
El uso de la tecnología de “evolución continua asistida por fago” (PACE) desarrollada por David Liu, profesor de Química y Biología-Química de la Universidad de Harvard, y sus compañeros de trabajo, evolucionaron nuevas formas de una proteína insecticida natural que conoce como «toxina Bt.» Las proteínas pueden ser utilizadas para ayudar a controlar la resistencia a la toxina Bt en insectos.
Liu es el autor correspondiente del estudio, que fue co-escrito por el estudiante Ahmed H. Badran del Departamento de Química y Biología-Química de la Universidad de Harvard, junto con el entomólogo de la Universidad de Cornell, Ping Wang, y un número de científicos de Monsanto que colaboraron.
«Nuestro objetivo en esta colaboración era ambicioso», dijo Liu. «Las preguntas clave son: ¿Podemos cambiar la orientación de una toxina Bt hacia una proteína diferente del intestino del insecto por evolución de la toxina Bt? ¿Nos permitirá matar a los insectos que se han vuelto resistentes a las toxinas Bt convencionales? Nuestra esperanza era utilizar PACE para ayudar a mantenernos a la vanguardia de la resistencia a los insectos».
«A medida que la colección de proteínas que se han desarrollado con PACE se haga más grande y más diversa, espero que los investigadores utilizarán cada vez más PACE para abordar los problemas que serían difíciles de resolver por métodos tradicionales de evolución de proteínas», dijo Liu. «En el caso de la toxina Bt, hemos desarrollado nuevas toxinas Bt que contienen docenas de cambios de aminoácidos por más de 500 generaciones en 22 días usando PACE. Para hacer esas generaciones de evolución de proteínas con métodos tradicionales, a razón de aproximadamente una generación a la semana, podría tomar una década. «
La plataforma PACE podría ser utilizada en una variedad de áreas que se beneficiarían de la rápida evolución de proteínas. En el cuidado de la salud, por ejemplo, se podría acelerar el descubrimiento de nuevas proteínas terapéuticas. La Oficina de Desarrollo de Tecnología de la Universidad de Harvard ha concedido una licencia de plazo limitado para Monsanto para el uso de la tecnología PACE en aplicaciones agrícolas.
«Hemos estado ampliando constantemente los tipos de características moleculares que pueden evolucionar utilizando PACE, y recientemente hemos desarrollado un sistema que selecciona las proteínas con la capacidad de unirse a una proteína diana», dijo Liu.
El desarrollo hizo posible abordar el reto de la evolución de nuevas formas de la toxina Bt, dijo Liu, ya que un paso clave en la acción de la toxina Bt es unirse a una proteína en el intestino del insecto.
Aunque Liu anticipa que los insectos pueden llegar a desarrollar resistencia a las toxinas Bt evolucionadas, señala que este sistema ofrece la capacidad de generar muchas nuevas toxinas Bt que se dirigen a diferentes proteínas de insecto. El trabajo también sugiere que puede ser posible desarrollar toxinas Bt que se dirijan a múltiples proteínas intestinales a la vez, para lo cual es mucho más difícil desarrollar resistencia por parte de los insectos.
Para probar la eficacia de las toxinas evolucionadas, Liu y sus colaboradores las aplicaron en colonias de insectos resistentes a Bt y observaron la potencia de las toxinas evolucionadas. «Los insectos resistentes toleran alrededor de 1.000 veces más los niveles de la toxina Bt convencional que los insectos sensibles», explicó Liu. «Sin embargo, las toxinas Bt evolucionadas matan a estos insectos resistentes de manera 335 veces más potente que la toxina Bt convencional, restaurando así la potencia pérdida de la toxina Bt.»
En última instancia, dijo Liu, lo que es más gratificante de la investigación es la posibilidad de que sus beneficios lleguen más allá del laboratorio.
«Soy un firme creyente de que nada de nuestra investigación debe morir en las páginas de una revista», dijo Liu. «En un mundo ideal, todo esto debe terminar beneficiando a la gente de alguna manera. La mayor parte de la investigación en nuestro grupo pretende lograr este objetivo al permitir nuevas terapias. Esta colaboración es un gran ejemplo de un proyecto que no tiene por objeto el desarrollo de nuevas terapias, pero en cambio tiene otro objetivo importante: tratar de proteger y mejorar nuestra capacidad de alimentar a la gente».
Esta investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud (NIH), la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (DARPA), el Instituto Médico Howard Hughes, el Programa de Biología-Química de Harvard, una beca de la Fundación Nacional de Ciencias, y la investigación del laboratorio de Liu en colaboración con Monsanto.