PATÓGENOS COMO BIOPLAGUICIDAS

Tipos de Patógenos

1. Bacterias2. Virus3. Hongos4. Protozoos5. Nemátodos

Factores que afectan el desarrollo de Bioplaguicidas

1. Efectividad- ¿Que rango de plagascontrola el patógeno?

2. Costo de producción- ¿puedecriarse en medio de fermentación, preferiblemente líquido?

3. Registro (¿requerido o no?)

Bacterias como Bioplaguicidas

Bacillus thuringiensisBacillus sphaericusPaenibacillus popilliaeSerratia entomophila

Bacillus thuringiensis fueusado paramatar gusanos del repollo en Franciaen los 1930s

Las células de Bacillus thuringiensis tienen un cristal de proteína toxica

espora

cristal

La efectividad y rango de hospederos de una cepa de Bt depende de la habilidad de su cristal para unirse con las celulas del “midgut”

del insecto, degradarlo, y penetrar el hemocele

Sano-en sección transversal Dañado por Bt

Gutlumen

hemocoel

Midgutmembrane

Damage to Midgutmembrane

Hay variosproductos con Bt en el mercado parael control de gusanos de palomillas, larvasde escarabajos, y dipteros comomosquitos.Pero, esto essolamente 1% del uso total de insecticidas

“M-One” fue usado en los 1980s para el control del defoliador de papas. Pero suuso paró después del registro para usode imidicloprid (“Admire”).

La producción comerical de Bacillus thuringiensis, en forma rentable, depende de la habilidad para producir la bacteria en

medio de fermentación líquido, lo que permite una buena economíade escala

Bacillus thuringiensistenie variascaracterísticasfavorables, incluyendoproducción barata y flexibilidad en la formulación y aplicación. Su principal defecto es suestrecho rango de hospederos

El control de Plutella xylostello por Bacillus thuringiensis (Javelin) permite la conservación de los parasitoides de la plaga en repollo

Daño de la plaga Un repollo tratado con Bt

Bacillus thuringiensis israelensis y Bacillus sphaericus son usadospara control de dípteros, incluyendo larvas de Culicidae y

Simulidae.

Prueba de control de larvas de mosquitos con Bti

Efectividad comparativa contra Aedes stimulans por Bacillus thuringiensis israelensis y Bacillus sphaericus

Un dispositivo para medir efectos de Bti sobre insectosacuáticos no-dañinos

Bacillus thuringiensis contra “spruce bud worm” en Canada

testigo, con daño tratamiento, sin daño

Larva de “spruce budworm”

Control por Bacillus thuringiensis de “spruce budworm”Po

pula

tion

redu

ctio

n (%

)

Inoculación de discos de hojas en pruebas de efectos “no-objetivo”de Bt sobre gusanos de palomillas nativas en bosques

Control por Paenibacillus popilliae de larvas de unaplaga de raíces de pastizales. “milky spore disease”

Sana, color claro Infectada, color lacteo

Larvas de escarabaeidos son plagas importantes de lasraices de pastizales y céspedes

No se pueden producir esporas de Paenibacilluspopilliae separadas de hospederos vivos

Por consecuencia, la cría de este patógeno estábasada en la inoculación de larvas a mano

Inoculación de larva

Nivel del uso de bacterias

1. Hay un mercado pequeño pero establepara Bt. Pero no se esta expandiendomucho a pesar de expectativas contrarias

2. Hay pocas especies disponibles (muchascepas de Bt), lo que reduce lasposibilidades de controlar más plagas

3. Un avance crítico fue el descubrimientode como poner genes de Bt en las plantas

Virus como Bioplaguicidas

Baculovirus–solamenteatacan artrópodosNinguna otra familia de virus es manipulada parauso como bioplaguicidas

Los baculoviruspueden causar

epidemias

“European pine sawflies” muertas por

baculovirus

Note la posición cabezaabajo de las larvas muertas. Eso facilita el contacto con

larvas sanas

Los baculovirus no pueden reproducirse fuera de células vivas

El virus (rojo) está localizado solamente en los núcleos de las células

Heliothis zea polyhedra Autographa californica polyhedra

Xsection T. ni polyhedra to show single envelop virus

Xsection Agrotis segetum polyhedra to show multiple enveloped virus

Estos virus son susceptibles a la luz uv

Antes de salir del hospedero, especies de baculovirusnecesitanprotegerse con laminas de proteina, con unaforma regular (llamada NPV por su forma)

Efecto de un virus granuloso sobre Pieris rapae

Efecto de un virus granuloso sobre codling moth

1% = damage threshold

Se crían baculovirusen (a) hospderos vivoso (b) cultivoscelulares. Con hospderos vivos el primer paso es criaral herbivoro, muchasveces sobre dietasartificiales (parasanidad y para bajarcostos)

Para inocular los hospederos con virus se añaden virus a la dieta(la dosis y el estadio de hospedero influyen en la cuantidad de virus producida porhopedero).

Después de la muerte, los cadáveres son colectadosa mano o con máquina

Los cadáveres colectados son molidos y mezcladoscon materiales para proteger la viabilidad y

mejorar las caracteristicas para su aplicación

El Uso de Virus

1. No mucho uso comercial. Su uso esprincipalemente en bosques(partrocinado por gobiernos) o en pocoscultivos producidos en grandes áreas, como el de soya en Brazil (también con ayuda gubernamental)

2. Los costos de producción, en teoria, pueden ser bajados con mejor tecnología, pero esta expectativa ha existido por más de 30 años, sin ser realizada

Hongos como Bioplaguicidas

Hongos Imperfectos-Beauveria, Metarhizium, Verticillium, Hirsutella, Ashersonia

Entomophtorales- comoEntomophaga maimaiga, no son usados por que no pueden criarlosen medio de fermentación

La mosca blanca de cétricos (Dialeurodescitri) asesinada por el

hongo Aschersoniaaleyrodis

Note el color rojo quees característico

La mosca Delia platura con hifas emergiendo del cuerpo

Lagenidium giganteum emergiendo de la larva muerta de un mosquito

Se producen hongos usados como bioplaguicidas en medio de fermentación. La cría en hospederos

vivos no es rentable

Cría deHirsutellathompsonii

1. Cría en paises con bajoscostos de mano de obra

2. Cría en bolsitas plásticas(baratas)

3. Uso de dietas basadas en materiales de desecholocales

4. Uso de sistemas solidos (no liquidos)

Almancenaje de bolsitasdurante la producción

de hongos

Pero la producción en líquido sería ventajosa parala economía de escala

La producción de dos pasos, el primero en líquido y el segundo en sólido, tiene la ventaja de una multiplicación

rapida y después una buena producción de esporas

Para cosechar las esporas las unidades sólidas de producción son lavadas con agua y las esporas separadas

después por filtración

Cría de hongos-opciones

1. Dietas sólidas2. Dietas líquidas para el crecimiento

de los micelios y después dieta sólidapara la produción de las esporas

3. Dietas líquidas y uso de los miceliosen lugar de esporas

4. Seleción de cepas que puedenproducir sus esporas debajo del agua

Ejemplo de Uso: Pastizales en New South Wales. El usode fertilizates estimula aumentos de “cockchafers”

Las larvas de los cockchafers se alimentan en la noche, comiendo pastos a nivel del suelo

Un cebo, basado en el hongo Metarhizium anisopliae, pudecontrolar el cockchafer

El cebo

El cebo es puesto sobre el suelo

Las larvas de los cockchafers se alimentan en la noche

Cadáveres de cockchafers asesinados por el hongo

En Europa, otro cockchafer, Melolontha melolontha– unaplaga de huerta, viveros y bosques ---es controlada por

Beauveria brongniartii, el cual es producidocomericalmente

Larvas de Melolontha melolontha

sano

Asesinado por B. brongniartii

El éxito de B. brongniartii esta basado, en parte, en su habilidad de reproducirse en el campo después de la aplicación. Poreso una aplicación puede controlar la plaga por más de un año. También estecockchafer es importante, generando un mercado adecuado para el producto

Uso de hongos como bioplaguicidas

1. El uso de hongos ha sido errático. Algunosproductos existen pero sus efectos no son consistentes

2. Potencialmente hay soluciones técnicas a los problemas de baja infectividad y deteriorodurante el almancenamiento

3. La selección de nuevas especies de hongosquizás va a proveer de productos mejores

4. Una especie, Beauveria brongniartii funcionabien contra una plaga importante

Protozoa

Microsporidia– debilitan muchasespecies de artropodosFrecuentemente son contaminantesimportantes en colónias de cría masiva o en proyectos de CBC

Nosema spp. son microsporidia que reducen la viday bajan la fertilidad de insectos infectados

Chapulines infectadps con microsporia

Uso de microsporidia comobioplaguicidas

1. Hubieron ensayos contra chapulinesen pastizales en los EU (MT, etc)

2. Los productos no tuvieron efectossuficientes y ha habido poco interésdespués de los años 1980s

3. No hay productos en el mercado y ninguno está en desarrollo

Nemátodos como bioplaguicida

Varias familias contienen nemátodosparasíticos (e.g., Mermithidae y otras) y son parte del control naturalNemátodos de dos familias- Steinernematidaey Heterorhabditidae– son criados para su usocomo bioplaguicidas

Steinernematidos y heterorhabditidos son aplicados para el control de plagas en el suelo

Steinernematidos y heterorhabditidos son criados en larvas de palomillas de cera en colónias del laboratorio

Steinernematidos y heterorhabditidos son criados en dietas basadas en comida de perros (carne). Su desarrollo

normalmente es en cadáveres de hospederos

Una mezcla conveniente y capaz de soportar la sobrevivencia de los nematodos es critica. Un sistema incial fué impregnar un tejido con

gel (que puede mantener humedad) e incorporar los nemátodos en el gel. Pero con esta mezcla los aplicadores deben mojar el tejido en el

tanque con agua por un rato antes de usarlo, para permitir que el gel se disuelva.

Uso de nemátodos comobioplaguicidas

1. Un mercado estable, pero se expandelentamente

2. La diversidad de especies en produción está aumentando, creandoposibilidades para nuevos productos

3. Existen variaciones en tolerancia a temperaturas de suelo y grados de humedad

Steinernematidos y heterorhabditidos pueden ser aplicados con la misma maquinaria usada en plaguicidas,

también pueden mezclarse con químicos

Steinernematidos y heterorhabditidos

pueden ser aplicados con

maquina de riego, como aquí en

huertos de cítricospara el control de

un picudo en el suelo

Microhábitats favorables para steinernematidos y heterorhabditidosincluyen los túneles de barrenedores y minas en hojas

Pruebas de campo dan datos sobre efectividad

Days post application

Factores que afectanbioplaguicidas

1. Necesidad o no de registro2. Infectividad en especies no-papel3. Alergias durante la producción4. Rango de hospederos 5. Reciclabilidad en el campo

¿Registro?

1. Bacterias -- si

2. Virus -- si

3. Hongos -- si

4. Protozoa -- si

5. Nematodos -- No

¿Infectividad en seres humanos?

1. Bacteria—en práctica, no; pero en teoría, sí

2. Virus – no– solemente insectos

3. Hongos -- sí, en algunos casos

4. Protozoa -- ¿no?

5. Nemátodos --no

¿Alergias en seres humanos?

1. Bacterias -- no

2. Virus -- no

3. Hongos -- si

4. Protozoa -- no

5. Nemátodos -- no

¿Rango de Hospederos?

1. Bacterias -- estrecho

2. Virus – muy estrecho (con algunas excepciones)

3. Hongos -- amplio

4. Protozoa -- estrecho

5. Nemátodos – muy amplio

¿Capacidad de reciclarse en el campo después de su aplicación?

1. Bacterias -- no

2. Virus – sí, potencialmente

3. Hongos -- sí, potencialmente

4. Protozoa – sí, potencialmente

5. Nemátodos – muy raramente