Un engaño genético para detener la broca

Es tan grande como la cabeza de un alfiler. Hace parte de las cerca de 375.000 especies de escarabajos (coleópteros) conocidos. Su cuerpo consta de tres partes: una cabeza con dos fuertes mandíbulas y algunos dientes, tórax y abdomen, del que salen seis pequeñas patas. Si es necesario, las hembras no necesitan de un macho para reproducirse, lo que se conoce como partenogénesis. Es una plaga presente en 70 países muy difícil de controlar, y en Colombia afecta directamente a las 563.000 familias que viven del café. Hablamos de la broca.

Este insecto procede del África. Por un error humano llegó a Brasil, de ahí se extendió por toda América Latina porque las condiciones climáticas favorecen su desarrollo, y en Colombia se encontró particularmente muy cómodo.

Cenicafé, el centro de ciencia más importante de este grano en el país, y distintos investigadores nacionales e internacionales, llevan décadas estudiando más y mejores formas de controlar la broca. Han utilizado pesticidas, biocontroladores, redes de apoyo con los campesinos, control con hongos, incluso una avispa africana y, aunque han logrado avances, su presencia continúa dada la fuerte resistencia y fisiología del insecto. En Caldas su prevalencia es del 5 %, superior al resto del país. Lo grave es que solo un grano infestado puede contagiar toda la cosecha.

Por esto, un grupo de científicos integrado por investigadores de las universidades de Manizales, Nebraska (Estados Unidos), Caldas y de la Corporación Brasilera de Investigación Agropecuaria (Embrapa/Brasil), llevan años trabajando en un proyecto para entregar una nueva herramienta a los cafeteros: identificar genes importantes en el desarrollo de algunas funciones del insecto, como cambiar de estado, volar o comer, y poder silenciarlos.

“Una de las razones que puede limitar la aplicación de ciertas herramientas de manejo, sean biológicas, químicas o de silenciamiento de genes como es nuestra propuesta, son sus hábitos alimenticios. Este insecto ataca, perfora el grano, entra y queda protegido de cualquier efecto ambiental o de agentes externos. Tiene un periodo muy corto de penetración en el que está expuesto. Esa es la condición más difícil de manejar…”. Por tal motivo trabajan con el transcriptoma -conjunto de todas las moléculas de ARN- del insecto para entender sus procesos moleculares y encontrar caminos para controlarlo, comenta el líder del proyecto y doctor en Ciencias Biológicas, Arnubio Valencia Jiménez.

Gafas genéticas

Una analogía común es que la genética estudia el libro de la vida, pues la transcriptómica son las gafas que permiten leer ese documento. Así se conoce la disciplina que estudia los mensajeros (o transcriptos) de las células para generar proteínas; todo lo que somos, tanto seres humanos, plantas, animales e insectos, pasan por estos lentes. El grupo de trabajo publicó recientemente en la revista Scientific Reports, de Nature Research, un artículo en el que presentaron el transcriptoma más completo que existe actualmente sobre la broca de café. Jorge William Arboleda Valencia, doctor en Ciencias Biológicas con énfasis en biología molecular de la Universidad de Brasilia, integrante del Centro de Investigaciones en Medio Ambiente y Desarrollo – Cimad – de la UManizales y director científico de Bios, hace parte del proyecto:

“Se necesitaba tener una idea completa de la broca del café. La identificación de genes potenciales sirve para utilizarlos como blanco mediante la estrategia de ARN de interferencia o silenciamiento génico para diseñar productos de base biotecnológica que puedan ayudar a controlar la plaga”, explicó.

El objetivo del grupo es desarrollar un producto que se pueda utilizar en campo, que soporte cambios de humedad, temperatura, entre otros, y que con su solo contacto silencie algún gen de la broca. Pero para eso necesitan, en primer lugar, analizar los millones de datos que arrojó la investigación.

Aunque no es la primera vez que se publica el transcriptoma de la broca, este ejercicio investigativo aumenta 15 o 20 % la información disponible; además, a diferencia de otros trabajos, abordaron tres estados de desarrollo del insecto y no uno solo, como lo han hecho otros estudios. Luego de desarrollar una unidad de cría en donde la broca crece y se reproduce, se utiliza un kit para extraer el ARN mensajero que consta de líquidos para romper las células del insecto; de ahí se revisa en una máquina con rayos UV para que la muestra cuente con la cantidad y calidad adecuada y se envía a Estados Unidos para secuenciar los genes.

“Ellos devuelven la totalidad de las secuencias obtenidas, unos 120 a 150 pares de bases de cada lectura, un total cercano a 350 millones de lecturas. Con herramientas de bioinformática las secuencias se filtran y ensamblan, y el resultado se presenta en el artículo científico”. El paso siguiente es analizar esa información, encontrar, por ejemplo, las rutas metabólicas que apoyan esos genes “y hacer pruebas… muchas pruebas”, añadió Valencia.

Gorgojo, taladro o barrenador del café

Un ejemplo práctico acerca de lo que significa contar con esta información, según Arboleda, es con el gen de la quitin sintasa que codifica la proteína quitina. La broca lo usa para crecer y cambiar de estado fisiológico: “Si yo bloqueo ese gen ya no va a poder producir quitina y no mudará su cubierta. No crecerá, entonces estoy truncando el ciclo de vida del insecto”.

En este punto, la investigación -que aún tomará tiempo para lograr un producto empieza con prueba y error. La idea es que diferentes grupos de investigadores en el mundo utilicen la información del transcriptoma y lo que dice de los genes de la broca.

Pruebas preliminares

Gustavo Adolfo Ossa, licenciado Biología y Química y maestrante de la Maestría en Ciencias Biológicas de la U. de Caldas, y Paula Lorena Arias, bióloga y magíster de Ciencias Biológicas, han investigado con algunos genes de la broca, por ejemplo, el vATPase, que codifica para una proteína que ayuda a procesos entre las membranas celulares. Luego de aplicar la molécula sintetizada en el laboratorio tuvieron resultados de hasta 84 % de silenciamiento.