Biopesticidas microbianos para una gestión de plagas más segura y sostenible

Helen Onyeaka

Profesora adjunta | Profesora de Microbiología de los Alimentos

7 min lectura
22/10/2024
Biopesticidas microbianos para una gestión de plagas más segura y sostenible

Una gestión de plagas más segura

La agricultura se encuentra en primera fila del desafío mundial para equilibrar la creciente demanda de producción de alimentos con la sostenibilidad medioambiental y la salud humana [1]. El uso de plaguicidas químicos ha sido durante décadas la piedra angular de la gestión de plagas pero la preocupación por la salud y la ecología que rodea a estos productos están impulsando un cambio hacia alternativas más seguras y sostenibles [2,3].

La dependencia histórica de los pesticidas químicos ha tenido consecuencias indudables [4]. Aunque estos productos químicos han sido eficaces para reducir las pérdidas de cosechas debido a las plagas, también han suscitado preocupación por la sostenibilidad, la salud y el medioambiente. Los pesticidas químicos pueden dañar a los organismos beneficiosos [5], contaminar el suelo y las fuentes de agua, así como dejar residuos en los productos alimentarios. Asimismo, el desarrollo de algunas plagas resistentes a los plaguicidas ha hecho que sea necesaria la búsqueda de estrategias de gestión de plagas alternativas.

¿Qué son los biopesticidas microbianos?

Los biopesticidas microbianos representan una categoría de alternativas respetuosas con el medioambiente a los plaguicidas químicos [6]. Se componen básicamente de microorganismos incluyendo bacterias, hongos, virus y protozoos además de sus productos metabólicos. Estos biopesticidas están diseñados o formulados para atacar a determinadas plagas sin hacer daño a los organismos a los que no van dirigidos [7]. En el control de plagas, esta precisión es una ventaja clave de los biopesticidas microbianos.

Tipos de biopesticidas microbianos

Los biopesticidas microbianos están disponibles de distintas formas y cada uno de ellos cuenta con un mecanismo de acción y objetivo diferentes:

  • Microbios entomopatógenos: estos microbios procariotas tienen una longitud de entre menos de 1 μm y varios μm. Están diseñados para infectar y matar insectos, lo que los hace valiosos para la gestión de plagas de insectos en la agricultura [8]. Algunos ejemplos de estos microbios son:
  • Baculovirus: las especies dentro de la familia Baculoviridae se clasifican como virus de ADN que establecen relaciones patógenas con invertebrados. Estos virus tienen un gran potencial en el campo del control biológico [9]. Su objetivo son determinadas especies de insectos, lo que ofrece un gran nivel de precisión en la gestión de plagas [10].
  • Biopesticidas fúngicos: algunos hongos como el Beauveria bassiana, que es uno de los biopesticidas fúngicos más utilizados y el Metarhizium anisopliae, que representa otra especie de hongos muy usados, son eficaces contra una gran variedad de plagas [11,12].
  • Biopesticidas bacterianos: las bacterias como la Bacillus thuringiensis (Bt) producen proteínas tóxicas para determinados insectos, lo que las convierte en una herramienta de gran valor en la agricultura ecológica [13]. Las betaproteobacterias son otro tipo de bacterias representativas que incluyen especies con un potencial notable como agentes de biocontrol. Hace poco se ha descubierto una cepa insecticida de Burkholderia rinojensis, que se ha identificado y utilizado para crear un producto eficaz tanto por ingestión como por contacto contra una gran variedad de insectos masticadores y chupadores, así como ácaros [14].
  • Biopesticidas a base de nematodos: las especies de nematodos entomopatógenos (NEP) que pertenecen a los géneros Heterorhabditis y Steinernema funcionan como parásitos obligados. Su extraordinario potencial insecticida se debe a una simbiosis mutualista con bacterias patógenas de insectos de los géneros Photorhabdus y Xenorhabdus respectivamente [12]. Esta relación única aumenta la eficacia de estos nematodos para controlar plagas de insectos. Los nematodos beneficiosos parasitan y matan las larvas de insectos en el suelo, ofreciendo un método ecológico para el control de las plagas de las raíces y del suelo[15]. En el cuadro 1 se resumen estos biopesticidas microbianos y los organismos que intervienen.

Cuadro 1: Tipo de biopesticidas microbianos y organismos implicados

Tipo Organismo(s) implicado(s)
Baculovirus Virus de ADN (familia Baculoviridae)
Biopesticidas fúngicos Hongos (p.ej., Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae)
Biopesticidas bacterianos  Bacterias (p.ej., Bacillus thuringiensis (Bt), Betaproteobacterias)
Biopesticidas a base de nematodos Nematodos (especies entomopatógenas, p.ej., Heterorhabditis, Steinernema)

¿Cuáles son los beneficios de los biopesticidas mirobianos?

Precisión en el control de plagas

Una de las principales ventajas de los biopesticidas microbianos es su precisión [16]. A diferencia de lo que sucede con los plagucidas químicos de amplio espectro que pueden dañar a una gran variedad de organismos, los biopesticidas microbianos atacan a unas plagas determinadas. Esta precisión no sólo minimiza el impacto ambiental, sino que protege a los insectos beneficiosos como los polinizadores y otros organismos que no son el objetivo. Este nivel de precisión hace que los biopesticidas microbianos sean una herramienta de gran valor en los programas de Gestión Integrada de Plagas (GIP) en los que se emplean distintas estrategias para minimizar el uso de pesticidas químicos [17].
Menor impacto medioambiental
El impacto medioambiental de los pesticidas químicos es un problema que preocupa cada vez más. La escorrentía de los campos que han sido tratados con pesticidas químicos puede contaminar fuentes de agua, dañar la vida acuática y posiblemente afectar a la salud del ser humano [18]. Al ser biodegradables y tener una acción muy específica, los biopesticidas microbianos tienden a tener un impacto medioambiental menor. Asimismo, es menos probable que permanezcan en el medio ambiente o se acumulen en la cadena alimentaria y tampoco dejan residuos químicos perjudiciales en los cultivos.

Cómo superar la resistencia a los plaguicidas

Uno de los mayores desafíos en la gestión de plagas ha sido el desarrollo de plagas resistentes a los pesticidas [19]. Los pesticidas químicos tradicionales suelen generar individuos resistentes, lo que conduce a la aparición de poblaciones de plagas resistentes al control químico. Los biopesticidas microbianos ofrecen un modo de acción diferente, lo que dificulta que las plagas desarrollen resistencia. Esta característica es particularmente valiosa en la lucha contra las plagas resistentes a los plaguicidas ya que ofrece una solución sostenible a largo plazo.

Problemas y limitaciones 

A pesar de que las ventajas de los biopesticidas microbianos son muchas, no están libres de problemas. Uno es que necesitaremos aplicarlos más frecuentemente que los plaguicidas químicos. Los biopesticidas pueden ser sensibles a factores ambientales como la radiación UV y las altas temperaturas [20]. Además, desarrollar y comercializar biopesticidas exige muchos recursos de investigación, pruebas e infraestructuras.

Perspectivas de futuro

El uso de biopesticidas microbianos es cada vez mayor y la investigación actual pretende superar algunas de las restricciones asociadas a estos productos. Se están explorando algunas técnicas innovadoras en la formulación como encapsular los microbios en materiales protegidos. Estos avances son prometedores para incrementar el uso de biopesticidas en la agricultura, haciéndolos más eficaces, estables y rentables.

Conclusión

Los biopesticidas microbianos constituyen una vía hacia una gestión más segura y sostenible de las plagas en la agricultura. Su precisión para controlar las plagas, su impacto ambiental reducido y su capacidad para combatir la resistencia de las plagas a los pesticidas los convierten en herramientas cada vez más útiles en las técnicas de gestión integrada de plagas. Si bien es cierto que existen problemas como la necesidad de aplicaciones más frecuentes y la sensibilidad a las condiciones ambientales, es probable que los esfuerzos de investigación y desarrollo actuales incrementen su uso y mejoren su eficacia. La transición de los pesticidas químicos a los biopesticidas microbianos puede contribuir a unas prácticas agrícolas más seguras, sostenibles y respetuosas con el medioambiente, apoyando un ecosistema agrícola más sano y resistente.

Referencias
1.Jhariya, M. K., Banerjee, A., Meena, R. S., & Yadav, D. K. (2019). Agriculture, forestry and environmental sustainability: A way forward. Sustainable agriculture, forest and environmental management, 1-29.
2.Sarkar, S., Gil, J. D. B., Keeley, J., & Jansen, K. (2021). The use of pesticides in developing countries and their impact on health and the right to food. European Union.
3.Marrone, P. G. (2019). Pesticidal natural products–status and future potential. Pest Management Science, 75(9), 2325-2340.
4.Özkara, A., Akyıl, D., & Konuk, M. (2016). Pesticides, environmental pollution, and health. In Environmental health risk-hazardous factors to living species. IntechOpen.
5.Mahmood, I., Imadi, S. R., Shazadi, K., Gul, A., & Hakeem, K. R. (2016). Effects of pesticides on environment. Plant, soil and microbes: volume 1: implications in crop science, 253-269.
6.Samada, L. H., & Tambunan, U. S. F. (2020). Biopesticides as promising alternatives to chemical pesticides: A review of their current and future status. Online J. Biol. Sci, 20(2), 66-76.
7.Kortbeek, R. W., van der Gragt, M., & Bleeker, P. M. (2019). Endogenous plant metabolites against insects. European Journal of Plant Pathology, 154, 67-90.
8.Glare, T. R., Jurat-Fuentes, J. L., & O’callaghan, M. (2017). Basic and applied research: entomopathogenic bacteria. In Microbial control of insect and mite pests (pp. 47-67). Academic press.
9.Clem, R. J., & Passarelli, A. L. (2013). Baculoviruses: sophisticated pathogens of insects. PLoS pathogens, 9(11), e1003729.
10.Butt, T. M., Coates, C. J., Dubovskiy, I. M., & Ratcliffe, N. A. (2016). Entomopathogenic fungi: new insights into host–pathogen interactions. Advances in genetics, 94, 307-364.
11.Rajula, J., Karthi, S., Mumba, S., Pittarate, S., Thungrabeab, M., & Krutmuang, P. (2021). Current status and future prospects of entomopathogenic fungi: A potential source of biopesticides. Recent advancement in microbial biotechnology, 71-98.
12.Ruiu, L. (2018). Microbial Biopesticides in Agroecosystems. Agronomy, 8(11), 235. MDPI AG. Retrieved from http://dx.doi.org/10.3390/agronomy8110235
13.Apurva, K., Singh, C., Kumar, V., & Jha, V. B. (2019). Bacterial biopesticides and their use in agricultural production. In Biofertilizers and Biopesticides in Sustainable Agriculture (pp. 23-42). Apple Academic Press.
14.Cordova-Kreylos, A. L., Fernandez, L. E., Koivunen, M., Yang, A., Flor-Weiler, L., & Marrone, P. G. (2013). Isolation and characterization of Burkholderia rinojensis sp. nov., a non-Burkholderia cepacia complex soil bacterium with insecticidal and miticidal activities. Applied and environmental microbiology, 79(24), 7669-7678
15.Yadav, K., Bharti, L., & Chaubey, A. K. (2023). Role of Entomopathogenic Nematodes in Organic Farming and Sustainable Development.
16.Kumar, J., Ramlal, A., Mallick, D., & Mishra, V. (2021). An overview of some biopesticides and their importance in plant protection for commercial acceptance. Plants, 10(6), 1185.
17.Singh, A., Bhardwaj, R., & Singh, I. K. (2019). Biocontrol agents: potential of biopesticides for integrated pest management. Biofertilizers for sustainable agriculture and environment, 413-433.
18.Syafrudin, M., Kristanti, R. A., Yuniarto, A., Hadibarata, T., Rhee, J., Al-Onazi, W. A., ... & Al-Mohaimeed, A. M. (2021). Pesticides in drinking water—a review. International journal of environmental research and public health, 18(2), 468.
19.Pandian, S., & Ramesh, M. (2020). Development of pesticide resistance in pests: A key challenge to the crop protection and environmental safety. Pesticides in Crop Production: Physiological and Biochemical Action, 1-13.
20.Rajamani, M., & Negi, A. (2021). Biopesticides for pest management. Sustainable Bioeconomy: Pathways to Sustainable Development Goals, 239-266.

Helen Onyeaka
Profesora adjunta | Profesora de Microbiología de los Alimentos

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