Asegurando la disponibilidad de alimentos para una creciente población

Un grupo interdisciplinario de investigadores UC trabaja en la caracterización estructural de las macromoléculas de diferentes especies de insectos con la finalidad de diseñar nuevos compuestos para el manejo seguro y sustentable de plagas.

De apetito voraz y predilección por las verduras crucíferas como el brócoli, coliflor y repollo, el gusano medidor del repollo (Trichoplusia ni) provoca un grave daño económico y medioambiental, ya que deteriora completamente estos cultivos y resultado de la aplicación de productos químicos que intentan controlarlo, puede generar un impacto negativo en la calidad del suelo y agua.

La Dra. Angélica Fierro, académica del Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Química y de Farmacia UC, dirige un estudio a nivel estructural de una proteína que ha sido descrita en la polilla del gusano medidor del repollo, la cual se encarga de regular una serie de comportamientos en dicho insecto. El conocimiento en este tema llevará a contribuir en el diseño de compuestos que sean insecto-específico.

"La proteína que estamos estudiando es la encargada de controlar los niveles de neurotransmisores que entre otros efectos, son relevantes en la relajación del músculo de la hembra para la postura de huevos. Dado que esta proteína no se ha descrito hasta la fecha en especies como la mosca de la fruta y la abeja, si logramos determinar las diferencias en los procesos que involucran estos neurotransmisores entre aquellas especies que tienen la proteína y aquellos que no, podremos obtener conocimientos estructurales y aplicarlos por ejemplo en la interrupción del proceso de postura de huevos. De este modo, buscamos generar compuestos para controlar este proceso en insectos plaga como el gusano medidor del repollo", detalla la Dra. Fierro.

El tema que investiga la Dra. Fierro adquiere aún más relevancia si se consideran factores como el cambio climático, el crecimiento sostenido de la población y la reducción de los espacios para los cultivos agrícolas, resultado de los procesos de urbanización. "La magnitud del problema que provocan los insectos plaga a los cultivos agrícolas es sumamente importante si consideramos las proyecciones de crecimiento de la población y que la superficie de suelo destinado para la agricultura no aumenta. Por ello, es necesario cada vez de manera más urgente, buscar alternativas que ojalá no sean invasivas para los seres humanos y entre especies", asegura la académica.

Junto a la Dra. Fierro, colaboran el Dr. Jorge Campusano, de Facultad de Ciencias Biológicas, y el Dr. Rodrigo Chorbadjian de la Facultad de Agronomía e Ingeniería Forestal, quienes están encargados de llevar adelante los ensayos in vitro e in vivo en base a los cuáles se espera avanzar hacia el diseño de mejores compuestos que a su vez permitan generar una clase de insecticida para el manejo seguro y sustentable de plagas.

En un reciente artículo en la revista científica ACS Chemical Neuroscience, los investigadores publicaron una descripción estructural de las proteínas en estudio y diferencias entre especies, uno de los objetivos centrales de este proyecto. "Utilizando metodologías de simulación molecular fue posible obtener una descripción tridimensional de las proteínas de Trichoplusia ni y realizar la comparación con la macromolécula de Drosophila melanogaster. Este estudio muestra que si bien entre ellas hay varias zonas conservadas, las diferencias encontradas son altamente relevantes. En el sitio de unión principal de la proteína del gusano medidor existe un residuo neutro polar que es un aminoácido cargado negativamente en mosca. Esta modificación podría influir tanto en el modo de enlace de neurotransmisores y moléculas análogas, como en la fuerza motriz involucrada en el transporte de estas aminas hacia el espacio intracelular.", explica la Dra. Fierro.

"Esta información es crucial ya que muestra una clara diferencia en los sistemas encargados de la regulación de neurotrasmisores en insectos que tienen descrita la participación de una proteína específica en el proceso y aquellas que no", afirma la investigadora.

Entrando en su etapa final, el estudio de la Dra. Fierro, busca identificar el blanco biológico responsable de controlar los niveles del neurotransmisor responsable en el proceso de la postura de huevos en el gusano medidor del repollo y en aquellas especies donde no estaría la proteína estudiada. Para avanzar en este objetivo, la investigadora completó recientemente una estadía de seis meses en el laboratorio del Dr. Donald Hamelberg de la Georgia State University en Atlanta que puso a su disposición todas las técnicas de simulación usadas por el grupo. A raíz de la colaboración entre ambos investigadores en marzo de 2017 se realizó en la UC un Workshop sobre Simulación Molecular de dos días en el que participaron un centenar de estudiantes de postgrado de distintas regiones de Chile. Además, en el futuro próximo se planea que miembros del grupo del Dr. Hamelberg dicten en la UC un nuevo workshop enfocado esta vez en las metodologías y herramientas de análisis que ellos desarrollan para la obtención de datos.

La investigación de la Dra. Fierro es financiada por el Programa Fondecyt Regular de CONICYT

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Facultad de Química y de Farmacia