Hongos entomopatógenos

Los hongos entomopatógenos constituyen el grupo de mayor importancia en el control biológico de insectos plaga. Prácticamente, todos ellos son susceptibles de padecer las enfermedades causadas por estos hongos. Cuando sus esporas entran en contacto con la cutícula de insectos susceptibles, germinan y crecen directamente a través de ella hacia el interior del cuerpo de su hospedero. Por lo tanto, el hongo prolifera a través del cuerpo del insecto, produce toxinas y consume los nutrientes del insecto, y eventualmente lo destruye. Al inicio de la infección pueden o no observarse síntomas, pero el insecto comienza a perder movilidad y apetito. Al cabo de siete o diez días, muere debido a la deficiencia nutricional (^{Pérez, 2004}).

Las enfermedades que causan se les conoce como “muscardinas”, término que se aplicó por primera vez a Beauveria bassiana (Bals.-Criv.) Vuill. La coloración de los conidios es muy variable, de ahí el nombre de muscardina verde para Metarhizium anisopliae (Metchnikoff) Sorokin y Nomuraea rileyi (Farlow) Samson, y muscardina roja para Paecilomyces fumosoroseus (Wize) Brown & Smith. El uso de estos organismos es una de las mejores alternativas para el control biológico por ser económica, sencilla y desde el punto de vista ecológico, sustentable. No obstante, es fundamental propiciar las condiciones adecuadas de temperatura y humedad para lograr su propósito. Además, cuando se pretende utilizarlos como bioinsecticidas es necesario realizar una caracterización exhaustiva de los aislados, a fin de seleccionar los de alta virulencia y buenas condiciones para su aplicación en campo; la cual incluye estudios referentes a la forma de infección (^{Godwin y Shawgi, 2000}; ^{Arredondo et al., 2008}; ^{Caballero, 2014}). Hoy en día, además es importante llevar a cabo investigaciones sobre los determinantes moleculares y bioquímicos relacionados con la especificidad hongo - huésped.

Es bien conocido que B. bassiana infecta a más de 200 especies de insectos de diferentes órdenes, entre las que destacan plagas de importancia económica como el gusano cogollero (Spodoptera frugiperda (J. E. Smith)), gusano barrenador (Diatrea magnifactella Dyar, 1911), broca del café (Hypothenemus hampei Ferrari, 1867. Mientras que, M. anisopliae, con un espectro de toxicidad más amplio, se le ha observado en 300 a 400 taxones de lepidópteros, coleópteros, dípteros y homópteros (Cuadro 1).

Hongos entomopatógenos contra plagas agrícolas

En el Cuadro 1 se resumen las principales investigaciones llevadas a cabo en los cultivos más importantes del país, en las que se utilizaron hongos entomopatógenos. Destaca el amplio estudio de cepas de Beauveria bassiana, especialmente, en el combate de plagas como la broca del café, en las que ^{Gerónimo et al. (2016)} observaron una efectividad patogénica de 100 % a las 144 h; ^{Díaz y Roblero (2007)} registraron que la época óptima para la aplicación del hongo es en julio, antes de que la broca penetre en el fruto de café.

Debido al interés en México por la producción de cítricos, ^{Pérez-González et al. (2013)} realizaron estudios contra el psílido asiático de los cítricos (Diaphorina citri Kuwayama) en los cuales usaron Hirsutella citriformis Speare; ^{Mellín et al. (2016)}, Paecilomyces fumosoroseus; y ^{Hernández et al. (2007)}, Lecanicillium lecanii (Zimm.) Zare & W. Gams. Además de los estudios con B. bassiana y M. anisopliae (^{Gandarilla et al., 2013}). En todos estos trabajos las cepas analizadas se consideraron como promisorias para el desarrollo de tecnología para el control biológico de D. citri, como en el caso de M. anisopliae, el cual causó mortalidades de 93 - 100 % en ninfas, mientras que en adultos el intervalo de mortalidad varió de 40 a 95 % (^{Mellín et al., 2016}).

La gallina ciega (Phyllophaga vetula Horn, 1887) y el gusano cogollero (Spodoptera frugiperda) son dos de las principales plagas del maíz, cuyo combate se ha probado con M. anisopliae, con el que se registró una mortalidad de 80 % a los 30 días (^{Nájera, 2005}). ^{Buenosaires (2013)} documentaron una CL₅₀ de 2.0518 × 10⁸ conidios mL^-1. De igual manera se han explorado cepas del hongo N. rileyi, las cuales parasitaron 100 % de las larvas neonatas, con un TL₅₀ entre 4.1 y 6.3 d, así como cepas de P. fumosoroseus que parasitaron entre 92.5 y 98.8 %, con un TL₅₀ de 2.5 a 4.3 d (^{Lezama et al., 1994}); estos mismos autores en 2006, publicaron un estudio más extenso en el que evaluaron otras cepas de hongos entomopatógenos y concluyeron que las cepas de M. anisopliae, P. fumosoroseus y P. javanicus (Friederichs & Bally) Brown & Smith fueron altamente virulentas en huevos y larvas, con una mortalidad de 94 y 100 %, y un TL₅₀ de 1.3 a 3.3 d. Las cepas de B. bassiana presentaron una virulencia muy variable, con un parasitismo entre 3 - 90 % en huevos y de 54 - 100 % en larvas (^{Lezama et al., 1996b}). Por otra parte, ^{Ruiz et al. (2012)} indicaron que S. carpocapsae (1.500 JI planta^-1) en combinación con M. anisopliae (2 × 10⁸ esporas planta^-1) son recomendables para el control de larvas de P. vetula.

Hongos entomopatógenos contra plagas pecuarias

En las investigaciones para el control de plagas en el sector pecuario (Cuadro 2), se observa que, M. anisopliae y B. bassiana, principalmente, son efectivas para el control de garrapatas en ganado vacuno, pulgas de perro, chinches besuconas, chapulín y de mosquitos transmisores del dengue. Existen escasos registros en los que se hayan explorado otras cepas de hongos entomopatógenos como Trichoderma, Cordyceps o Isaria, por mencionar algunos.

Entre las plagas con más importancia económica está la garrapata del ganado bovino (Rhipicephalus microplus Canestrini, 1888); según ^{Rivera-Oliver (2013)} el uso de hongos entomopatógenos como M. anisopliae y B. bassiana resultan ser patógenos para los huevos de tres, ocho y 17 días de edad del insecto, y se acentúa cuanto más joven es el huevo de la garrapata. Para ^{Bautista (2017)}, M. anisopliae y B. bassiana son una alternativa para el control de los adultos en la región XIII Maya de Chiapas y región Ríos del estado de Tabasco, México.

Para el combate de los mosquitos transmisores de graves enfermedades se han hecho trabajos con hongos entomopatógenos. Así, ^{Flores et al. (2016)} investigaron los efectos de M. anisopliae e I. fumosorosea Wize sobre ninfas de Meccus pallidipennis Stål, 1872, principal vector triatomino de la Enfermedad de Chagas en México, en términos de supervivencia de insectos y respuesta inmune. ^{Zumaquero et al (2014)} estudiaron un aislamiento de B. bassiana de San Antonio Rayón, Puebla, México y sus efectos entomopatógenos en Meccus pallidipennis, sus conclusiones señalan que su cepa fue 100 % virulenta. Una cepa de T. longibrachiatum Rifai presentó alta actividad entomopatógena sobre larvas y hembras adultoas del mosquito A. aegypti Linnaeus,1762, vector del Dengue; por lo tanto, este hongo puede ser un buen candidato para desarrollar bioinsecticidas (^{Molina et al., 2013}).

^{Rivera-Ramírez et al. (2013)} argumentaron que B. bassiana y M. anisopliae son patógenos para las pulgas de perro (Ctenocephalides canis Shaftesbury, 1934) en condiciones de laboratorio; y ^{Pacheco et al. (2015)} evaluaron la patogenicidad de dos cepas de B. bassiana a concentraciones de 10, 15 y 20 % de aceite mineral, agua estéril y Tween 80, inoculado por inmersión sobre C. canis; de ello resultó que el tratamiento formulado al 10 % registró micosis de 86.3 % sobre las pulgas, lo que confirmó que fue el más patógeno.

Hongos entomopatógenos contra plagas forestales

Existen muy pocos trabajos en México sobre el uso de hongos entomopatógenos para el combate de plagas forestales (Cuadro 3). Debido a la importancia económica de la madera del cedro rojo, B. bassiana ha sido uno de los hongos más estudiados contra el combate del barrenador de las meliáceas (Hypsipyla grandella Zeller, 1898).

^{Díaz et al. (2009)} evaluaron insecticidas químicos como Novaluron, Piretroides, Amitraz (Ovicidas) y Carbofuradán, así como Beauveria bassiana y Metarhizium anisopliae, un insecticida orgánico a base de Neem (Azadirachta indica A. Juss.) y un testigo contra H. grandella. Su conclusión fue que los tratamientos con B. bassiana y M. anisopliae tuvieron el mismo grado de control que los químicos, con la ventaja de no ser contaminantes y de no representar un riesgo de toxicidad para el personal que los aplica.

^{Caballero (2014)}, logró la infección con B. bassiana en larvas de H. grandella lavadas, desinfectadas y conservadas en un área con clima controlado a 22 °C; por lo tanto, en etapa de laboratorio sí resultó efectiva B. bassiana para su control. Por otra parte, ^{Barrios et al. (2017)} seleccionaron dos cepas nativas de B. bassiana para utilizarlas en el control de la misma plaga, y la evaluación de patogenicidad de los dos aislamientos demostró la mortalidad de las larvas de tercer instar a una dosis de 1 × 10⁸. De acuerdo a los autores, dichas cepas podrían tener un alto potencial para emplearse en el vivero o en el campo para el manejo integrado del barrenador, ya que registraron mortalidades de 92.84 % a los cinco días, en promedio.

Respecto a las aplicaciones de Trichoderma para el control biológico de descortezadores en condiciones de laboratorio, ^{Gijón et al. (2015)} registraron que una cepa de este hongo causó 100 % de mortalidad en los insectos tratados. Al año siguiente, ^{Arriola et al. (2016)} dieron a conocer sus resultados sobre el particular en un estudio efectuado en la Reserva de la Biosfera de la Sierra Gorda, Qro.; ahí se aplicaron cinco tratamientos en árboles de Pinus greggii Engelm. ex Parl., que consistieron en tres concentraciones de conidios/mililitro: alta 3.6 × 10⁸, media 9 × 10⁷ y baja 5 × 10⁷, un testigo a base de producto comercial con M. anisopliae (5 × 10⁹) y un testigo absoluto de agua. La concentración alta fue con la que se registró la mortalidad más severa.

Nematodos entomopatógenos

Los nematodos entomopatógenos (NEP) parasitan a sus hospedantes (en este caso a los insectos plaga) por penetración directa a través de la cutícula hasta el hemocele o por las aberturas naturales (espiráculos, boca y ano). La infección puede ser pasiva o activa, y la forma en que continúa el proceso de infección estará en función de la especie de nematodo que ataque al insecto. En el caso de Steinernema y Heterorhabditis, potentes agentes para el control biológico, una vez que el juvenil infectivo logra penetrar al hemocele, libera la bacteria asociada, la cual se reproduce en la hemolinfa del hospedante y le provoca la muerte (^{Pérez, 2004}).

En la última década se han logrado avances sustanciales en la investigación y aplicación de estos organismos, ya que el número de plagas objetivo que se muestran susceptibles a los NEP ha seguido en aumento (Cuadro 4). El progreso también se debe a los avances en la tecnología para su producción, los cuales utilizan sistemas in vivo e in vitro y a los nuevos métodos de aplicación (inyecciones, aspersiones, etcétera); así como a los avances en genómica, interacciones simbióticas nematodo-bacteria y sobre sus relaciones ecológicas.

En México, Steinernema carpocapsae Weiser, 1955 es eficiente para el combate de larvas de tercer estadio de mosca mexicana de la fruta (Anastrepha ludens Loew, 1873), plaga que ataca especialmente cítricos y mango. ^{Lezama et al. (1996b)} demostraron que dicho insecto es susceptible, en diferentes grados, a varios nematodos. S. riobravis Cabanillas, Poinar & Raulston, 1994 y S. carpocapsae cepa All mataron 90 % de las larvas y pupas; H. bacteriophora Poinar 1975 cepa NC eliminó a 82.5 %; Steinernema feltiae Filipjev, 1934, a 81.25 %; la cepa S. carpocapsae Tecomán causó 76 % de mortalidad, mientras que H. bacteriophora Tecomán y S. glaseri Steiner, 1929 provocó 52.5 %. Estos resultados sugieren que S. riobravis y S. carpocapsae cepa All tienen potencial como agentes de control biológico contra la mosca de la fruta.

^{Toledo et al. (2001)} evaluaron la capacidad parasítica de S. feltiae en condiciones de laboratorio sobre larvas de A. ludens de tercer estadio, en pupas de cinco y 12 días de edad, en tres suelos de distinta textura y tres regímenes de temperatura; sin que registraran diferencias, cuando los nematodos se aplicaron al suelo antes o después de las larvas. Las pupas no fueron susceptibles al ataque. En adultos emergidos, que salieron a través del suelo tratado, el parasitismo fue únicamente de 10 %. En 2005, los mismos autores utilizaron otro nematodo: H. bacteriophora (^{Toledo et al., 2005}). Estos estudios les permitieron describir el efecto de la temperatura, la textura del suelo y la profundidad del hospedero sobre la capacidad de infección del nematodo en larvas de tercer estadio de Anastrepha obliqua Macquart, 1835 y, a pesar de que se evidenció el potencial del nematodo para infectar y matar larvas de A. obliqua, existió una diferencia importante en la susceptibilidad de las larvas de seis días de edad, comparadas con las de ocho días.

En una investigación sobre el control con nematodos del gusano cogollero del maíz, ^{Molina et al. (1996)} identificaron que S. carpocapsae cepa All, S. riobravis y H. megidis Poinar, Jackson & Klein, 1988 poseen potencial como agentes de biocontrol contra S. frugiperda. Las CL₅₀ variaron de 1.5 a 20.6 y de 3.4 a 37.2 nematodos mL^-1, para larvas y prepupas, respectivamente; y la mortalidad acumulada en pupas fue de 5 - 43 %, con la concentración de 100 nematodos mL^-1.

Bacterias entomopatógenas

El mayor éxito en el control microbiano de insectos en el mundo se ha conseguido mediante Bacillus thuringiensis Berliner, 1915 (Bt). Los cristales (Cry) que produce en condiciones de estrés son agregados de una proteína de gran tamaño (130-140 kDa) que en realidad no es activa por si misma (es una protoxina), ya que es insoluble. Cuando la protoxina se somete a condiciones muy básicas (pH > 9.5) como las existentes en el intestino de algunos insectos, se solubiliza y transforma, por medio de las proteasas del insecto, en una toxina activa de 60 kDa. Esta se conoce con el nombre de “δ-endotoxina de Bt”, la cual actúa al unirse a receptores de las células epiteliales del intestino del insecto, lo que conduce a la formación de poros y lisis osmótica de las células que finalmente provocan su muerte (^{Galitsky et al., 2001}).

En la actualidad, el gen responsable de la producción de esa endotoxina se ha introducido en plantas de tabaco, maíz, tomate, algodón, papa, remolacha y col, entre otros, para originar organismos genéticamente modificados (GMO). La gran aceptación de los cultivos transgénicos, especialmente en Estados Unidos de América, responde a que aumentan el rendimiento por hectárea y, en consecuencia, los ingresos de los agricultores. El primer éxito en este campo se obtuvo en 1987, cuando fue posible la producción de plantas transgénicas de tabaco capaces de producir por si mismas una toxina de la bacteria B. thuringiensis, que tuvo efectos letales para determinados insectos fitófagos (^{Rubio y Fereres, 2005}).

Se han desarrollado algunas bacterias entomopatógenas para el control de plagas de insectos a escala comercial; de ellas, destacan las subespecies de Bacillus thuringiensis, Lysinibacillus sphaericus Neide, 1904, Paenibacillus spp. y Serratia entomophila Grimont. B. thuringiensis kurstaki es la más utilizada para el control de insectos plaga de cultivos y bosques. B. thuringiensis israelensis y L. sphaericus de B. thuringiensis son los principales subespecies utilizadas para el control de plagas de importancia médica (^{Ponce et al., 2003}). Estos patógenos combinan las ventajas de los pesticidas químicos y los agentes de control biológico: son de acción rápida, fáciles de producir a un costo relativamente bajo, fáciles de formular, tienen una larga vida útil y permiten el suministro por medio del uso de equipos de aplicación convencionales y sistemas sistémicos; es decir, en plantas transgénicas (^{De la Rosa et al., 2005}; ^{Camacho et al., 2017}; ^{García et al., 2018}).

En México existen muy escasos trabajos acerca del uso de bacterias para el control de plagas, y se limitan al uso de Bacillus thuringiensis contra el gusano del tabaco, del gusano barrenador de la caña de azúcar y de la broca del café en el sector agrícola (Cuadro 5), y para control del mosquito vector del virus del Dengue.

En el caso de la broca del café (Hypothenemus hampei Ferrari, 1867), su estadio más susceptible corresponde a su primer instar larvario, con un promedio en su tiempo letal medio de 6.4 ± 1.8 días (^{De la Rosa et al., 2005}). Para el gusano barrenador de la caña de azúcar (Diatraea considerata Heinrich, 1931), ^{Camacho et al. (2017)} lograron aislar ocho cepas de insectos muertos en campos agrícolas, las cuales fueron de B. thuringiensis, además observaron una mortalidad alta.

A partir de diferentes plantas de tabaco obtenidas del sureste de México, ^{García et al (2018)} hicieron aislamientos, de los cuales seleccionaron colonias bacterianas de Bacillus thuringiensis que causaron 100 % de mortalidad en larvas de Manduca sexta Linnaeus, 1763 a las 96 h de exposición. En otros estudios con tabaco se demostró la toxicidad de Bacillus thuringiensis ssp. kenyae contra ocho especies de Lepidoptera, una de Coleoptera y una de Diptera (^{Barboza et al., 1998}).

Por otra parte, contra el combate del mosquito vector del virus del Dengue (Aedes aegypti), en 2003 se probó el bioinsecticida Vectobac 12 AS formulado a base de B. thuringiensis var israelensis Barjac, 1978 (Bti). El producto se aplicó en camiones pipa que distribuyen agua a diversas comunidades del área metropolitana de Monterrey, N.L.; de esta manera, los consumidores recibieron el agua con el mecanismo para interrumpir el ciclo biológico del virus. El Bti fue efectivo como larvicida contra A. aegypti aun en presencia de cloro en el agua. Sin embargo, los resultados demostraron que la eficiencia del Bti aplicado en pipas se redujo, principalmente, debido a la temperatura del agua, la densidad larval, la luz solar y el efecto de asociación con organismos filtradores (^{Ponce et al., 2003}).

Virus entomopatógenos

Los virus patógenos de insectos son una fuente importante de agentes de control microbiano, en particular, para lepidópteros. Los baculovirus se aceptan como agentes de control seguros, de fácil producción en masa, altamente patógenos y de sencilla formulación y aplicación. Los nuevos productos de baculovirus están apareciendo en muchos países y ganando una mayor participación en el mercado. Sin embargo, la ausencia de un sistema práctico de producción en masa in vitro, los costos de producción elevados, la persistencia limitada después de la aplicación, la tasa de muerte lenta y la alta especificidad del huésped contribuyen a su uso restringido en el control de plagas. Superar estas limitaciones son áreas de investigación clave para abrir el uso de virus patógenos de insectos a mercados mucho más grandes. La familia Baculoviridae es la más numerosa y estudiada de los virus entomopatógenos. El uso del nucleopoliedrovirus de Anticarsia gemmatalis Hübner, 1818 NPV (AgMNPV) para su control en soya en Brasil fue un programa exitoso y se le consideró como el más importante en el mundo (^{Nava, 2012}).

Bioplaguicidas a base de organismos entomopatógenos

Actualmente, existen varias empresas, sobre todo, en Holanda, Francia, Italia, Gran Bretaña y Rusia que comercializan productos para control biológico con organismos entomopatógenos (^{Rubio y Fereres, 2005}). Aunque su venta tiene limitaciones, entre las que sobresalen:

En México, hasta hace casi 10 años, la producción comercial de bioinsecticidas y otros agentes de control biológico se realizaba en al menos 68 empresas y 25 entidades del país, aunque en la actualidad estos números han aumentado; en ellas, se reproducen hongos entomopatógenos (principalmente Beauveria bassiana y Metarhizium anisopliae); bacterias entomopatógenas (Bacillus thuringiensis) y nematodos (Heterorhabditis bacteriophora y Steinernema carpocapsae. Microorganismos que constituyen los ingredientes activos básicos en la formulación de bioinsecticidas (Cuadro 6); se les adiciona un acarreador, un material inerte como soporte y adyuvantes, así como compuestos que promueven, mantienen la viabilidad del ingrediente activo y lo protegen de la radiación UV, la lluvia, la humedad y la deshidratación; lo que facilita su manejo, aplicación y efectividad (^{García y Mier, 2010}).

La normatividad en México (NOM-032-FITO-1995) (^{Sagarpa, 2015}) señala que para el registro y comercialización de bioinsecticidas se deben cumplir disposiciones oficiales y es necesario tener la opinión de diferentes instituciones que regulan la sanidad de los cultivos, el riesgo de las sustancias que se usan como plaguicidas, así como el cuidado al ambiente y la salud humana (^{García y González, 2013}). Asimismo, es indispensable realizar estudios de bioseguridad y riesgo del impacto ambiental de los agentes que se utilizan en el control biológico (evaluación cualitativa y cuantitativa), monitoreo ambiental de los entomopatógenos y la evaluación de su efecto sobre organismos no blanco.