Madrid, Spain
February 24, 2017
UPM researchers have discovered the anisoplin, a new protein produced by a pathogenic fungus of insects and mites that provides new possibilities for the design of biotechnological tools to control pests. This discovery was made by a team of researchers from Universidad Politécnica and Complutense of Madrid.
Insect pests can have a negative impact on agriculture and besides, the pesticides used to control these pests end up turning into an inefficient procedure due to resistance developed. The discovery and characterization of a new fungal toxin, the anisoplin, has been quite important since it enables the design of new environmental sustainability strategy in order to fight against these organisms that cause severe damages in crops and can provoke huge economic losses and environmental damage.
Aspergillus giganteus produces ribotoxins that can be used with beneficial effects (credits: Belén Patiño).
This finding was possible thank to the collaboration between two research groups of Universidad Politécnica de Madrid (UPM) and Universidad Complutense within International Programme for Attracting Talent (PICATA, Campus Moncloa: Campus of International Excellence UPM-UCM).
The anisoplin is a toxic protein that belongs to the fungal ribotoxins group, a protein family that can be lethal. However they come from common fungus and are apparently inoffensive such as the Aspergillus and Penicillium species. They are so harmless that some of these funguses are used for food processing such as tofu or even medicines such as penicillin. These ribotoxins are enzymes.
Many microscopic fungi have insecticidal properties (Credits: Álvaro Martínez-del-Pozo)
In this way, proteins can act as efficient catalysts and selective of very specific chemical reactions. In this case, these proteins are enzymes of a family known as ribonucleasas because they degrade ribonucleic acid (RNA). However, the ribotoxins are special ribonucleases because they only break one RNA bond of the thousands found in the cell, and thus they kill the cells by nullifying their ability to produce proteins.
The ribotoxins have a great insecticidal capacity and have proved to be especially efficient against cells and insect larvae. For this reason, this finding has acquired a particular relevance since the fungus that produces anisoplin is a known entomopathogen, that is, its natural function is to infect and kill insects. And what is more, Metarhizium anisopliae has been used to control pests since the late nineteenth century.
Researchers have recently found that the ribotoxins are efficient for the control of bee mites (Varroa destructor) and at least for one of the mosquitoes responsible for the transmission of malaria (Anopheles gambiae).
The anisoplin finding is the result of a collaborative research between the group of Integrated pest management from UPM, focused on the study and development of methods of pest control, and the group of Toxic proteins from UCM, with an extend experience in the structural and functional characterization of proteins.
Pilar Medina, one of the two researchers participating in the study, says “the finding of the anisoplin opens the door to the design of new molecular strategies, not only for the pest control of crops, but also for the potential prevention of diseases as serious as malaria”. However, she also adds “there is still a lot of work to do. We expect to have the resources needed for it”.
M. Olombrada, P. Medina, F. Budia, J.G. Gavilanes, A. Martínez-del-Pozo y L. García-Ortega (2017) Characterization of a new toxin from the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae: the ribotoxin anisoplin Biological Chemistry 398, 135-142.
M. Olombrada, A. Martínez-del-Pozo, P. Medina, F. Budia, J.G. Gavilanes y L. García-Ortega (2014) Fungal ribotoxins: natural protein-based weapons against insects Toxicon 83, 69-74.
Hacia un control más sostenible de las plagas de insectos y ácaros
Investigadores UPM descubren la anisoplina, una nueva proteína producida por un hongo patógeno de insectos y ácaros que ofrece nuevas posibilidades en el diseño de herramientas biotecnológicas para el control de plagas.
Las plagas de insectos son uno de los principales problemas a los que se enfrenta la agricultura, y el uso de pesticidas para combatirlas se acaba convirtiendo en un procedimiento ineficaz debido al desarrollo de resistencias. En este escenario adquiere una relevancia singular el descubrimiento y la caracterización de una nueva toxina fúngica, la anisoplina, que abre la puerta al diseño de nuevas estrategias ambientalmente sostenibles para luchar contra el azote de estos organismos que crean graves daños a los cultivos y pueden originar grandes pérdidas económicas y daños medioambientales. El hallazgo ha sido posible gracias a la colaboración establecida entre un grupo de investigación de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y otro de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) dentro del Programa Internacional de Captación de Talento (PICATA, Campus de Excelencia Internacional Moncloa UPM-UCM).
La anisoplina es una proteína tóxica que pertenece al grupo de las ribotoxinas fúngicas. Se trata de una familia de proteínas que pueden llegar a ser letales, pero que son producidas por hongos tan corrientes y, en principio, tan inofensivos, como los de los géneros Aspergillus y Penicillium. Tan inofensivos que algunos se emplean en la elaboración de alimentos, como el conocido tofu, o incluso medicamentos como la imprescindible penicilina. Estas ribotoxinas son enzimas. Es decir, proteínas que pueden actuar como catalizadores eficaces y selectivos de reacciones químicas muy concretas. En este caso se trata de unas enzimas dela familia que se conoce bajo la denominación general de ribonucleasas, porque degradan el ácido ribonucleico o RNA. Las ribotoxinas son, sin embargo, unas ribonucleasas muy especiales porque sólo rompen un enlace de RNA de todos los miles que puede haber en la célula. Un enlace cuya rotura inactiva la nanomáquina que fabrica las proteínas: el ribosoma -de ahí su nombre, ribotoxinas- es decir, matan a las células anulando su capacidad para producir proteínas.
Recientemente se ha descrito su capacidad insecticida y se ha demostrado que son especialmente eficaces frente a células y larvas de insecto. Por este motivo, el descubrimiento que ahora se acaba de realizar adquiere una relevancia particular dado que el hongo que produce la anisoplina es un conocido entomopatógeno, es decir, que su función natural es infectar y matar insectos. Es más, Metarhizium anisopliae, que es como se llama, ya se usa como control de plagas desde finales del siglo XIX. Existen incluso formulaciones comerciales para controlar a las termitas, por ejemplo. Mucho más recientemente, también se ha descrito su eficacia en el control del ácaro de las abejas (Varroa destructor) y de al menos uno de los mosquitos responsables de la transmisión de la malaria (Anopheles gambiae).
La anisoplina ha salido a la luz como resultado de una investigación realizada en colaboración entre el grupo de Manejo Integrado de Plagas de la UPM, centrado en el estudio y desarrollo de métodos de control de plagas, y el grupo de Proteínas tóxicas de la UCM, con experiencia en la caracterización estructural y funcional de proteínas. Como señala Pilar Medina, una de las investigadoras que ha participado en el estudio, “el descubrimiento de la anisoplina abre la puerta al diseño de nuevas estrategias moleculares, ambientalmente sostenibles, no sólo de control de plagas nocivas para los cultivos agrícolas, sino incluso para la potencial prevención de enfermedades tan graves como la propia malaria”. Sin embargo, también añaden que “queda ahora mucho trabajo todavía por hacer si se quiere conseguir materializar lo que este proyecto parece prometer. Esperemos que se pueda contar con los recursos necesarios”.
M. Olombrada, P. Medina, F. Budia, J.G. Gavilanes, A. Martínez-del-Pozo y L. García-Ortega (2017) Characterization of a new toxin from the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae: the ribotoxin anisoplin Biological Chemistry 398, 135-142.
M. Olombrada, A. Martínez-del-Pozo, P. Medina, F. Budia, J.G. Gavilanes y L. García-Ortega (2014) Fungal ribotoxins: natural protein-based weapons against insects Toxicon 83, 69-74.
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