Detoxificación de xenobióticos y señalización neuroendocrina en la regulación de procesos biológicos en insectos

Abstract

Desde hace décadas, el control de insectos perjudiciales está principalmente enfocado en el uso de insecticidas neurotóxicos. Entre ellos, los piretroides son uno de los más utilizados debido a sus propiedades toxicológicas favorables, alta efectividad y poder residual. Si bien los insecticidas sintéticos son un método efectivo en la reducción de poblaciones de insectos, resulta imperiosa la necesidad de encontrar nuevas estrategias con menor impacto ambiental, seguras para la salud humana y animal, y selectivas en cuanto a la especie a controlar. La resistencia a insecticidas que se observa por parte de especies plaga hace que la búsqueda de nuevas herramientas resulte urgente. La Organización Mundial de la Salud (OMS) sugiere implementar un manejo integrado de insectos vectores. En esa estrategia, resulta fundamental realizar un monitoreo de resistencia a insecticidas, así como comprender los mecanismos biológicos subyacentes a este fenómeno. Entre los mecanismos descriptos, los más estudiados son las mutaciones en el sitio blanco, el aumento del metabolismo detoxificante y las modificaciones cuticulares. Más recientemente se ha sugerido el papel de familias proteicas que actuarían como secuestradores de xenobióticos. Estas familias son las chemosensory proteins (CSP) y odorant binding proteins (OBP), que previamente habían sido involucradas únicamente en la olfacción en insectos. El estudio de las familias encargadas de detoxificar xenobióticos, tanto de la dieta como provenientes del ambiente, es fundamental para aumentar el conocimiento sobre el fenómeno complejo y multifactorial de resistencia y detoxificación en insectos, así como para encontrar posibles blancos para complementar o suplantar a los neurotóxicos, hacia un control integrado de insectos perjudiciales. Con tal fin, se ha sugerido que el sistema neuroendocrino, que incluye a los neuropéptidos y sus receptores, es una fuente interesante de blancos para insecticidas de nueva generación, dado que está involucrado en la regulación de todos los procesos vitales. Por lo tanto el estudio de la estructura, función y bioquímica del sistema neuropeptidérgico de insectos es relevante en entomología básica, y tiene como campo de aplicación el control de insectos perjudiciales. Por lo antes expuesto, resulta relevante estudiar los mecanismos de detoxificación, así como comprender los mecanismos de regulación neuroendocrina. En cuanto a los estudios neuroendocrinos, nos hemos focalizado en los procesos de ecdisis y reproducción. La ecdisis es la etapa final de la muda, donde el insecto se libera de la cutícula de la etapa anterior del ciclo vital, y emerge con una cutícula nueva. La realización exitosa de la ecdisis resulta vital para la supervivencia durante el desarrollo post-embrionario de los insectos. Si bien en especies con metamorfosis completa (holometábolos) la cascada peptidérgica que regula la ecdisis ha sido bien descrita, se dispone de muy poca información sobre la regulación neuroendocrina de la ecdisis para especies con metamorfosis incompleta, o hemimetábolos. Usamos Rhodnius prolixus como un modelo experimental para probar dos hipótesis: (1) el papel de los neuropéptidos que regulan la ecdisis en Holometabola se conserva en insectos hemimetábolos; y (2) los neuropéptidos que regulan la ecdisis tienen un rol en la regulación de la reproducción durante la etapa adulta. Para ello utilizamos como herramienta experimental el silenciamiento génico por RNA de interferencia (RNAi), a fin de estudiar genes precursores de neuropéptidos. Nuestros resultados revelaron un papel central del neuropéptido orcokinina (OK) en la regulación de la ecdisis. En el caso de Holometábola, OK está poco estudiado. Dados nuestros resultados en hemimetábolos, decidimos estudiar el papel de este neuropéptido en la regulación de la ecdisis y comportamientos innatos de moscas adultas de la especie Drosophila melanogaster. Utilizamos las herramientas genéticas disponibles en esta especie para investigar el papel de OK en la regulación de diferentes comportamientos innatos, como la ecdisis, la oviposición y el cortejo. El silenciamiento del gen OK mediado por ARNi provocó una desinhibición del comportamiento de cortejo en machos, incluida la aparición de cortejo macho-macho, que rara vez se observa en las moscas de tipo salvaje. Además, la expresión disminuída de este gen provocó una menor producción de huevos en los primeros cuatro días. A diferencia de lo observado en heterópteros en nuestro trabajo previo, no observamos efectos significativos en la ecdisis. La OK está emergiendo como una importante familia de neuropéptidos en la regulación de la fisiología de insectos de diferentes ordenes. En el caso de la mosca de la fruta, nuestros resultados sugieren un papel importante en el éxito reproductivo. Por otra parte, en el presente trabajo se realizó un análisis comparativo del complemento de enzimas detoxificantes en 5 especies de hemípteros con diferentes hábitos de alimentación. Para ello se llevaron a cabo análisis bioinformáticos en el fitófago del suborden Auchenorrhyncha Nilaparvata lugens y en 4 especies heterópteras, los fitófagos Halyomorpha halys y Nezara viridula, y los hematófagos R. prolixus (Reduviidae) y Cimex lectularius (Cimicidae). Con estos resultados se reforzaron hipótesis previas en cuanto a detoxificación de compuestos químicos y el fenómeno de resistencia, además de identificar candidatos interesantes para continuar el estudio en relación a determinadas expansiones y reducciones o ausencia de algunas familias de enzimas detoxificantes. Siguiendo en relación a la detoxificación de xenobióticos, focalizamos en la familia de proteínas quimiosensoriales (CSP) de las especies de interés mencionadas anteriormente y sumamos al insecto depredador Orius laevigatus de la familia Anthocoridae, al triatomino Triatoma infestans y a los dípteros D. melanogaster y Anopheles gambiae que sirvieron principalmente para caracterizar y seleccionar genes ortólogos candidatos para estudios futuros. Nuestros resultados indican que el repertorio de CSP de los triatominos está conservado respecto de otros hemípteros. Además, a partir de las caracterizaciones bioinformáticas, realizamos análisis moleculares y fisiológicos para estudiar la estructura y función del complemento de CSP en la especie modelo transmisora del agente causante de la enfermedad de Chagas: R. prolixus. Nuestros hallazgos sugieren que las CSP no sólo son proteínas transportadoras de moléculas odorantes o de función relacionada a detoxificación sino que presentan roles asociados con la oviposición y supervivencia de hembras adultas en esta especie. En conjunto, la presente Tesis aporta resultados originales acerca de la detoxificación y la regulación endocrina en insectos, con campo de aplicación en el control de insectos perjudiciales.