Nuevo hallazgo sobre la reproducción asexual en grupos de insectos que afectan cultivos agrícolas

Un equipo de científicas del CONICET en el Instituto de Ecología Genética y Evolución de Buenos Aires (IEGEBA, CONICET-UBA), liderado por la investigadora Marcela Rodriguero, trabaja en desentrañar cómo ciertas bacterias endosimbióticas (que viven dentro de las células de otros organismos) influyen en la reproducción de los gorgojos Naupactini: insectos que pueden convertirse en plagas importantes para la agricultura. Recientemente dieron a conocer un trabajo centrado en dos bacterias (Wolbachia y Rickettsia) y su relación con un fenómeno llamado partenogénesis, que permite a las hembras de ciertas especies reproducirse sin necesidad de fecundación. El avance, publicado en Insect Molecular Biology, fue destacado en el Journal Highlight de la Royal Entomological Society y podría sentar bases para optimizar las técnicas existentes o de control de estas plagas agrícolas.

En 2010, un trabajo de Rodriguero junto a otros investigadores mostró por primera vez la existencia de una correlación entre la infección por Wolbachia y el modo de reproducción (sexual o partenogenético) en poblaciones de gorgojos de la tribu Naupactini. Lo que las investigadoras confirmaron ahora es que no basta con la presencia de esas bacterias (sobre todo de Wolbachia) dentro de las hembras partenogenéticas para que estas se reproduzcan, sino que lo realmente determinante es cuánta bacteria hay dentro del insecto.

“Un experimento de cura con antibióticos sugirió que era necesario alcanzar un umbral de densidad bacteriana (o sea, una concentración mínima de bacterias) para causar partenogénesis. Concluimos esto porque al administrar un antibiótico efectivo contra Wolbachia logramos la esterilidad de las hembras hospedadoras, aunque la infección no fue curada en forma absoluta”, indica Rodriguero, quien también integra el Departamento de Ecología, Genética y Evolución de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA. “Entonces, fue evidente que bastaba bajar la cantidad de Wolbachia para hacer desaparecer su efecto sobre la reproducción de los gorgojos”, agrega.

Paso a paso

El equipo de investigación primero probó la hipótesis de que la densidad de Wolbachia se relacionaba con la reproducción, y luego realizó un estudio observacional que consistió en comparar la microbiota bacteriana -es decir, el conjunto de especies bacterianas que infectan al hospedador- entre distintas especies de gorgojos partenogenéticas y de reproducción sexual. “Una vez más nos sorprendimos: nuestros gorgojos estaban infectados con  tres simbiontes bacterianos, Wolbachia, Rickettsia y también Spiroplasma -las tres con vínculos demostrados con la reproducción de los insectos- pero en proporciones que dependían del modo reproductivo”, señala Rodriguero.

Mientras las especies partenogenéticas poseían altas densidades de Wolbachia y Rickettsia y una densidad muy baja o “residual” de Spiroplasma, las de reproducción sexual tenían altísima densidad de Spiroplasma y sólo cantidades residuales de Wolbachia y de Rickettsia. Estos resultados, obtenidos por la investigadora del CONICET Lucía da Cruz Cabral, también coautora de este trabajo, vieron la luz en 2025 en un artículo publicado en la revista Symbiosis.

Al mismo tiempo que tenía lugar aquellos experimentos, Lucia Fernandez Goya, primera autora del estudio publicado en Insect Molecular Biology y becaria posdoctoral del CONICET en el IEGEBA, ya había comenzado a trabajar con el propósito de probar fehacientemente que la inducción de la partenogénesis requería un umbral de densidad bacteriano. Para ello, tuvo que incorporar a Rickettsia como una variable más a explorar junto con Wolbachia en los experimentos de cura que llevó a cabo durante varios veranos.

“Justamente, pudimos probar algo que hasta ahora solo se había sugerido. Todas las discusiones de los papers que documentaban experimentos de cura con antibióticos para probar los efectos de Wolbachia en sus hospedadores, incluso las de nuestro grupo, invocaban un supuesto ‘umbral de densidad bacteriana’ porque sin curar la infección era posible eliminar el efecto de Wolbachia. La idea del umbral no es nueva en la microbiología clínica, pero nadie la había puesto a prueba en parásitos reproductivos por varios motivos”, puntualiza Rodriguero.

La dificultad de hacerlo residía, principalmente, en que los parásitos reproductivos son bacterias no cultivables. Es decir, que no se las puede crecer en un medio rico fuera de su hospedador, y, por lo tanto no se pueden utilizar ciertas técnicas microbiológicas tradicionales para estudiarlos. “Todo es infinitamente más difícil y  costoso. Y cuando la idea del umbral empezó a considerarse, no existían técnicas que permitieran abordar la cuantificación de la densidad bacteriana de una manera rigurosa en estos sistemas no cultivables”, afirma Rodriguero.

Pero los avances técnicos en biología molecular y en estadística brindaron mejoras en la cuantificación de la carga bacteriana y en el tratamiento de los datos, volviendo la pregunta legítima una vez más. Además, también cambió el contexto: “nuestros gorgojos de reproducción sexual clamaban por una confirmación del umbral”, afirma Rodriguero.

Tras la realización de experimentos, la conclusión final del trabajo y la más importante fue que la infección no funciona como un mecanismo de encendido/apagado (switch on/off), sino como un regulador de densidad: “No importa tener o no tener Wolbachia, importa la cantidad de Wolbachia que se tiene. Decididamente, la manipulación reproductiva de Wolbachia parece tener una base cuantitativa”, indica la investigadora del CONICET.

Potencial contribución al control de plagas

Para las autoras del estudio, los resultados obtenidos aportan algo clave, al demostrar que en estos insectos la reproducción puede depender fuertemente de simbiontes bacterianos y, en particular, de su densidad dentro del hospedador. “Esto abre la posibilidad de pensar estrategias de control que no apunten directamente al insecto, sino a su microbiota. Dentro de la tribu Naupactini hay varias especies consideradas plaga, y una de las más emblemáticas es Naupactus cervinus, una especie invasora en muchas regiones del mundo, partenogenética e infectada con Wolbachia y Rickettsia, para la cual no se registran machos desde hace décadas . En un caso así, la dependencia de los simbiontes puede ser tan fuerte que perderlos implicaría potencialmente una sentencia de extinción”, señala Fernandez Goya.

Aunque la científica considera importante aclarar que no todas las plagas son partenogenéticas ni todas las especies partenogenéticas dependen de simbiontes para reproducirse, destaca que la existencia de estas asociaciones pueden generar puntos de vulnerabilidad. “Si se pudiera interferir con esos simbiontes, se podría afectar la capacidad reproductiva de las poblaciones de gorgojos. Estudiar en detalle estas interacciones y sus dinámicas dentro del hospedador puede ser clave para pensar, a futuro, estrategias de control más específicas, dirigidas y potencialmente más amigables con el ambiente”, afirma.

Pasos a seguir

Las autoras del estudio han secuenciado los genomas de varias cepas de Wolbachia y Spiroplasma, así como de una cepa de Rickettsia. “Con ellos, planeamos realizar un estudio preliminar de los genes que codifican las proteínas mediadoras del cambio de reproducción sexual a partenogenética”, afirma Rodriguero. Si bien existen avances sobre otras alteraciones reproductivas inducidas por Wolbachia en mosquitos y avispas parasitoides, el conocimiento sobre la partenogénesis es aún incipiente. “Esta base genética nos permitirá diseñar experimentos precisos, partiendo de un riguroso análisis bioinformático. Además, estos genomas contienen información valiosa para desentrañar la interacción triple entre Spiroplasma, Wolbachia y Rickettsia (cooperación/competencia)”, afirma Fernandez Goya.

Paralelamente, las científicas están diseñando experimentos para comprender el mecanismo detrás del fenómeno del “umbral bacteriano”. “Nos preguntamos: ¿se trata de un proceso similar a la percepción de quórum (quorum sensing) presente en otras bacterias? Es decir, ¿se comunican estas bacterias entre sí para actuar en concierto una vez alcanzada una determinada densidad?”, se pregunta Rodriguero quien agrega que disponer de más información sobre la relación a nivel de biología molecular entre los gorgojos y las bacterias puede ser útil para desarrollar estrategias de control de plagas.

Del estudio también participaron Alejandra C. Scannapieco, del Instituto de Genética “E. A. Favret”, Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA)-Grupo vinculado al Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (IABIMO-CONICET) y de la Facultad de Agronomía de la UBA;  Viviana A. Confalonieri, del IEGEBA y del Departamento de Ecología, Genética y Evolución de la  Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA; y Analía A. Lanteri, de la División Entomología en el Museo de la Plata y la Facultad de Ciencias Naturales y Museo, Universidad Nacional de La Plata.