Metabolismo y Modo de Acción de los Plaguicidas Botánicos

Los bioplaguicidas se derivan de sustancias naturales como minerales, plantas, animales y bacterias. Los principales tipos de bioplaguicidas son microbianos, bioquímicos y protectores incorporados a las plantas.  Hoy en día, los científicos enfocan su investigación más en comprender el modo de acción de estos bioplaguicidas en diferentes plantas y animales, con el objetivo de mejorar su eficacia como agentes de control de plagas y también comprender su toxicidad. En el siguiente Cuadro se resumen las propiedades generales de los plaguicidas  botánicos (clasificados como protectores bioquímicos o plaguicidas bioquímicos) y su modo de acción específico. En esta entrada se analiza las vías metabólicas y el modo de acción de los insecticidas botánicos.

Los plaguicidas derivados de plantas son más conocidos como bioplaguicidas botánicos o insecticidas botánicos. Los principales bioplaguicidas botánicos son piretro, rotenona, neem y otros aceites esenciales. Los pesticidas botánicos menores incluyen la nicotina y la sabadilla. Los productos botánicos se utilizan a menudo como insecticidas (piretro), repelentes (citronela), fungicidas (laminarine) y herbicidas (aceite de pino). A pesar de su descubrimiento hace mucho tiempo, la mayoría de los insecticidas botánicos no han podido competir con los insecticidas sintéticos debido a su acción relativamente lenta, su falta de persistencia y su inconsistencia en su disponibilidad . Sin embargo, pueden resultar efectivos si se usan junto con otras técnicas agrícolas, como la rotación de cultivos. A continuación describimos las características y modo de acción de estos productos:


Piretro

El piretro se extrae de las flores secas de la planta, Tanacetum cinerariaefolium (Asteraceae). Las piretrinas más comunes son la piretrina I y la piretrina II. Sin embargo, puede haber otras piretrinas como cinerina I y II, jasmolina I y II. Las piretrinas se utilizan principalmente como insecticidas, y como tales producen un efecto de caída rápida en insectos voladores como mosquitos y moscas. No solo se utilizan en insectos voladores, sino también como protectores de grano y para controlar piojos y pulgas en aves de corral y perros. Lo hacen bloqueando los canales de sodio en los axones nerviosos.

La planta es importante económicamente como una fuente natural de insecticidas. Las flores son pulverizadas y los componentes activos, llamadas piretrinas, contenidos en las cubiertas de las semillas, son extraídos y vendidos en forma de oleorresina. Este componente es aplicado como una suspensión en agua, aceite o como polvo.

En algunos animales como los mamíferos, se ha encontrado que su metabolismo es muy rápido, por lo tanto, su baja toxicidad en estos animales. En contraste, en los insectos donde producen un rápido efecto de caída, la tasa de toxicidad es mayor como resultado del metabolismo más lento.

Se ha observado que la temperatura juega un papel importante en la degradación de las piretrinas naturales en los granos almacenados.

Rotenona

La rotenona es también uno de los principales plaguicidas naturales que tienen funciones insecticidas y acaricidas. Controla insectos como piojos y garrapatas. La rotenona detiene la respiración en las mitocondrias al bloquear el segmento NADH (Coenzima dinucleótido de nicotinamida y adenina, también conocido como nicotin adenin dinucleótido o nicotinamida adenina dinucleótido) de la cadena respiratoria. El grado de toxicidad de la rotenona depende del organismo; es decir, es extremadamente tóxico para los insectos, pero moderadamente tóxico para los mamíferos.

se extrae de raíces de plantas tropicales leguminosas que son tóxicas para los animales de sangre fría y ligeramente tóxica para los animales de sangre caliente, incluido el ser humano. Actúa a través de contacto e ingestión. Aparentemente, la toxicidad de la rotenona está relacionada con la tasa de metabolismo en los organismos vivos.  Las principales vías metabólicas son la hidroxilación para obtener rotenolonas y la oxidación para obtener 8-hidroxi rotenona. En los sistemas donde esta están presentes enzimas  NADH oxidasa  es probable que haya un mayor metabolismo y, por lo tanto, menos toxicidad que en los sistemas donde están ausentes.

Plaguicidas bioquímicos

Los plaguicidas bioquímicos son un tipo especial de bioplaguicidas que controlan las plagas sin matarlos. Incluyen sustancias como las feromonas de los insectos, los reguladores del crecimiento de las plantas y los reguladores del crecimiento de los insectos.

 Neem

 Las plantas producen sustancias aleloquímicas o metabolitos secundarios tales como terpenos, alcaloides, rotenonas, flavonoide s y otros, algunos de los cuales poseen actividad tóxica contra insectos, interfieren en el desarrollo o en el comportamiento de los mismos, y pueden contribuir así a la regulación de sus poblaciones.

Entre los compuestos fitoquímicos con acción plaguicida, se encuentran aquellos aislados a partir de especies de la familia Meliaceae cuya actividad es atribuida fundamentalmente a la presencia de limonoides. Los árboles más utilizados son: Azadirachta indica (árbol del neem) y Melia azedarach (árbol del paraíso). La azadiractina que se obtiene muestra acción antialimentaria, reguladora del crecimiento, inhibidora de la oviposición y esterilizante. El neem al tratarse de una mezcla de componentes bioactivos es difícil que desarrolle resistencia y es altamente biodegradable. La actividad de los productos de Neem se ha evaluado contra 450–500 especies de plagas de insectos en diferentes países en todo el mundo, y de esas, 413 especies de plagas de insectos son susceptibles a diversas concentraciones (Schmutterer y Singh 1995).

La mayoría de los trabajos se han centrado en la azadiractina  que se obtiene a partir de extractos de semillas de neem que actúan como fuertes antialimentantes y como reguladores del crecimiento de insectos. La azadiractina afecta las actividades fisiológicas de los insectos y no afecta a otros agentes de control biológico. Además, los productos de neem son biodegradables y no tóxicos para los organismos no objetivo.

Paraíso Melia azedarach

M. azedarach es un árbol de hoja caduca que se origina en el noroeste de la India, y ha sido reconocido por sus propiedades insecticidas, que aún deben analizarse por completo. Este árbol crece en las partes tropicales y subtropicales de Asia, pero hoy en día también se cultiva en otros lugares cálidos del mundo debido a su considerable tolerancia climática. Las hojas de M. azedarach se usan por su actividad insecticida, mientras que los extractos frutales de M. azedarach producen una variedad de efectos en insectos, como el retraso del crecimiento, la reducción de la fecundidad, los trastornos de la muda y los cambios de comportamiento. 

Los efectos antialimentarios y reguladores del crecimiento de insectos de M. azedarach son conocidos por muchos insectos, siendo este último el efecto fisiológico más esencial de M. azedarach en insectos.

Sin lugar a dudas, los tóxicos derivados de plantas son una fuente valiosa de insecticidas potenciales. Las plantas y otros insecticidas naturales pueden desempeñar un papel vital en los programas de control de mosquitos, así como en otros programas importantes de control de insectos.

Reguladores del crecimiento de insectos

El crecimiento de insectos está regulado por dos hormonas principales, la 20-hidroxiecisona y la hormona juvenil sesquiterpenoide. Cualquier leve alteración de estas hormonas puede provocar un retraso en el crecimiento, un crecimiento anormal o cambios en el patrón de reproducción. Por lo tanto, los reguladores del crecimiento de insectos imitan la acción de estas dos hormonas y producen cambios en el patrón de crecimiento y, posiblemente, conducen a la muerte. Son productos naturales, o sintéticos, de estructura muy similares a las hormonas que regulan el crecimiento de los insectos. Su efecto es interferir en el desarrollo, impidiendo que los individuos completen su ciclo reproductor. Por ser sustancias similares a las del propio artrópodo, no pueden provocar fenómenos de resistencia. Se pueden destacar dos tipos de estos productos:

Inhibidores de la síntesis de la quitina:

Plumbago capensis

• De síntesis: Diflubenzurón, Triflumurón, Lufenurón, Teflubenzurón, Hexaflumurón, Flufenoxuróm, Clorfl uazurón, Ciromazi na, Methoxyfenozide y Buprofezin. El diflubenzurón provoca la muerte de la larva en el interior de su antigua cutícula porque no completa la ecdisis.
• De origen vegetal: La plumbagina, obtenida de las raíces de Plumbago capensis, inhibe la quitinasintetasa, y se ha probado su efecto sobre distintos lepidópteros plaga.

Análogos y Antagonistas de la hormona juvenil

• Juvenoides (análogos de la hormona juvenil). Impiden la metamorfosis del insecto porque inhiben la diferenciación de los caracteres adultos y prolongan, por lo tanto, el estado larvario, afectando a la fecundidad. Tienen el problema de que son fotodegradables y que solo son efectivos en el estadio previo a la pupación.
• Entre estas sustancias figuran el triflumuron, lufenuron, teflubenzuron, methoxyfenozide, metopreno, el piriproxifeno y el fenoxicarb. 
• Precocenos (Inhibidores de la misma hormona juvenil). Provocan una metamorfosis precoz y dan lugar a insectos inmaduros y pequeños que no se pueden reproducir y mueren pronto. Son útiles en plagas dónde el daño es producido por las larvas. 

Análogos y Antagonistas de la hormona de la muda

• Los agonistas (o análogos) pueden utilizarse para provocar una muda prematura.
• Ecdiesteroides: sustancias producidas por los propios insectos o de síntesis artificial que inducen la muda, provocan la aparición de individuos no viables, con características intermedias de larva y pupa; inhiben la alimentación y el potencial reproductor, etc. Los Ecdiesteroides más conocidos son: Tebufenocide Methoxyfenocide Halfenocide.



Podocarpus nakaii ( Podocarpaceae)

• Fitoecdiesteroides: sustancias del metabolismo secundario de algunas plantas, que presentan la misma actividad biológica, en el insecto, que la ecdisona. Tienen un efecto similar al de los ecdiesteroides. Se han descrito 69 fitoecdiesteroides descritos de 111 familias vegetales, que los usan como mecanismo de defensa. Algunos ejemplos son: Ponasterona A, obtenida de la planta Podocarpus nakaii;  Azaridactina, obtenida de la planta Azadirachta indica.

• Los antagonistas pueden utilizarse  para dilatar indefinidamente en el tiempo el momento de la muda. Son fagorrepelentes e inhiben o o retrasan la muda.



Digitalis purpurea ( Plantaginaceae)

• Brasidolina: se obtiene de crucíferas y polen de la colza. Compite a nivel de receptores con la hormona de la muda.
• Digitoxina o digitalina: alcaloide presente en Digitalis purpurea. se combina con el colesterol originando unos complejos que no pueden ser transformados por los enzimas del insecto en hormona de muda.

Feromonas

Son sustancias orgánicas que emitidas al exterior por una especie de insecto provocan una respuesta determinada en otros individuos de su misma especie. De las 1 314 especies de insectos con respuestas confirmadas de atracción a feromonas identificadas, 1 260 de estas feromonas son producidas por hembras. Solo 54 especies usan atrayentes sexuales producidos por los machos. En unas pocas especies ambos sexos producen el mismo atrayente.

Se producen diferentes tipos de feromonas, dependiendo el estímulo: de alarma, territoriales, de agregación o congregación, sexuales, etc. Las más interesantes, desde un punto de vista fitosanitario, son las sexuales y, más concretamente, sus análogos químicos.

Feromona sexual. Este termino incluye mezclas de mensajeros químicos producidos por glándulas sexuales femeninas. Normalmente, al principio funcionan como agregante. A concentración más elevada, cuando el macho está junto a la hembra, ésta puede funcionar también como arrestante y posteriormente como estimulante sexual. Las feromonas sexuales se emplean en la lucha contra las plagas de las siguientes formas:

• Trampas para detectar precozmente la presencia de una plaga y controlar el crecimiento de la misma (monitoreo). 
• Capturas masivas: la idea es controlar la plaga directamente atrapando una gran cantidad de machos e impidiendo así la reproducción. 
• Confusión: consiste en saturar el aire con feromonas y los machos, confundidos, no logran aparearse. Las hembras no copuladas tendrán huevos inviables, reduciéndose de este modo la infestación de la plaga.

Ventajas : 1. Se usan en muy pequeñas cantidades. 2. Son específicas para cada especie, por lo que controlan la población de una única especie, evitando matar a otros insectos que podrían ser beneficiosos, favoreciendo el equilibrio biológico. 3. Mantenimiento estable de la atracción a lo largo de un periodo de tiempo. 4. Son biodegradables y no contaminan el ambiente.

Uso comercial de feromonas

ANTIALIMENTARIOS

Las plantas producen sustancias aleloquímicas o metabolitos secundarios tales como terpenos, alcaloides, rotenonas, flavonoides y otros, algunos de los cuales poseen actividad tóxica contra insectos, interfieren en el desarrollo o en el comportamiento de los mismos, y pueden contribuir así a la regulación de sus poblaciones.

Entre los compuestos fitoquímicos con acción plaguicida, se encuentran aquellos aislados a partir de especies de l a familia Meliaceae cuya actividad es atribuida fundamentalmente a la presencia de limonoides. Los árboles más utilizados son: Azadirachta indica (árbol del neem) y Melia azedarach (árbol del paraíso). La azadiractina que se obtiene muestra acción antialimentaria, reguladora del crecimiento, inhibidora de la oviposición y esterilizante. El neem al tratarse de una mezcla d e componentes bioactivos es difícil que desarrolle resistencia y es altamente biodegradable.