Las avispas sobreviven a pesticidas por sus microbios intestinales

La exposición al pesticida atrazina ampliamente utilizado conduce a cambios hereditarios protectores en el microbioma intestinal de las avispas.

Un estudio en la revista 'Cell Host & Microbe' revela que un microbioma alterado confiere resistencia a la atrazina, que se hereda en generaciones sucesivas que no están expuestas al pesticida.

"Después de una sola exposición a algunos químicos, los xenobióticos, el microbioma intestinal puede verse permanentemente afectado --explica el autor principal del estudio Robert Brucker, de la Universidad de Harvard--. La exposición puede tener cambios duraderos en las generaciones futuras, incluso después de eliminar un riesgo de exposición".

Los agroquímicos utilizados para fertilizar cultivos y controlar especies de plagas representan uno de los mayores riesgos de exposición a xenobióticos para muchos organismos.

El herbicida atrazina es el segundo pesticida más vendido a nivel mundial. Estudios anteriores han demostrado que tiene múltiples efectos en los animales huéspedes, pero se sabe poco acerca de cómo los químicos xenobióticos ambientales cambian el microbioma intestinal.

Para abordar esta pregunta, Brucker y su equipo examinaron el impacto de la exposición a atrazina subtóxica aguda o continua en la especie de avispa 'Nasonia vitripennis' en 36 generaciones.

El análisis del transcriptoma y el proteoma de las avispas reveló que la exposición a 300 partes por mil millones (ppb) de atrazina, similar a la concentración encontrada por los polinizadores en campos y arroyos agrícolas recientemente pulverizados, puede alterar la inmunidad de la 'N. vitripennis', la función mitocondrial y el comportamiento.

En la primera generación, la exposición a 300 ppb de atrazina alteró la estructura de la comunidad bacteriana de las avispas, lo que provocó un aumento de la diversidad de microbiomas y la carga bacteriana general.

Incluso la exposición a una concentración más baja de 30 ppb de atrazina causó un cambio en el microbioma que persistió en generaciones sucesivas.

Cuando los investigadores cambiaron la descendencia de la población expuesta a la atrazina a una dieta sin atrazina durante seis generaciones, observaron que el microbioma bacteriano seguía siendo más similar al de los padres.

"Este resultado indica que la interrupción del microbioma después de la exposición aguda a la atrazina se hereda de generación en generación, incluso después de que se elimina la exposición", dice Brucker.

Además, la exposición a 30 ppb de atrazina durante 36 generaciones redujo la mortalidad inducida por atrazina en un factor de diez, y también aumentó la tolerancia al herbicida glifosato, a pesar de que no hubo exposición previa al compuesto.

Después de 25 generaciones, un subconjunto de la población de avispas se cambió a una dieta sin atrazina. Sorprendentemente, la tolerancia a la atrazina fue heredada y sostenida hasta la 36ª generación.

Otros experimentos mostraron que el aumento de la tolerancia a la atrazina de las avispas está relacionado con su microbioma alterado. Por ejemplo, mantener las avispas en un ambiente libre de gérmenes eliminó la tolerancia a la atrazina. Por otro lado, trasplantar el microbioma de avispas expuestas a atrazina a avispas no expuestas confirió resistencia a la atrazina.

"En general, demostramos que la resistencia a múltiples pesticidas puede surgir en una población que está expuesta a concentraciones sub-tóxicas, que el microbioma facilita esta resistencia y que proporciona resistencia contra otros pesticidas a los que el animal huésped nunca ha estado expuesto previamente", destaca Brucker.

En particular, la exposición a la atrazina aumentó las densidades de las raras bacterias intestinales 'Serratia marcescens' y 'Pseudomonas protegens'. La alimentación de estas bacterias que degradan la atrazina a las avispas que no habían sido expuestas a la atrazina resultó en resistencia a este pesticida.

"El cambio en la comunidad microbiana después de la exposición continua a la atrazina puede estar proporcionando resistencia al huésped a través de la desintoxicación, lo que representa una ruta rápida de adaptación ecológica para que el huésped pueda enfrentar nuevos desafíos tóxicos", señala el investigador.

"La exposición a pesticidas provoca cambios funcionales heredados en el microbioma que deben considerarse al evaluar la exposición a xenobióticos y como posibles contramedidas a la toxicidad", añade.

Tomados en conjunto, los hallazgos demuestran que la exposición a la atrazina puede alterar la comunidad microbiana de las avispas, lo que a su vez puede afectar directamente la aptitud del huésped a través de las generaciones.

Aunque las avispas Nasonia no son polinizadoras de cultivos naturales, el estudio podría tener amplias implicaciones. Las poblaciones salvajes de polinizadores han estado expuestas a la atrazina desde la década de 1950, el equivalente a decenas de generaciones. En particular, los genes que metabolizan la atrazina bacteriana también están presentes en las poblaciones de abejas silvestres expuestas al pesticida.

"Estos resultados podrían reflejar cambios asociados con el huésped microbio en respuesta a la exposición a xenobióticos en la población de abejas melíferas silvestres, similar a lo que describimos en Nasonia y considerando las décadas de exposición habitual, y la adaptación dentro de las poblaciones de polinizadores probablemente ya haya ocurrido", apunta Brucker.

"En última instancia, estos efectos podrían tener repercusiones en el comportamiento del huésped, el estrés metabólico, la inmunocompetencia y la regulación de la microbiota del huésped", apostilla.

En futuros estudios, Brucker y su equipo planean examinar qué loci han sido seleccionados y cómo podrían estar implicados en la resistencia a las toxinas o la regulación del microbioma. También planean aprovechar sus hallazgos para desarrollar probióticos para las abejas melíferas para reducir el riesgo de exposición a múltiples pesticidas.

"Podemos utilizar nuestra comprensión de la interacción entre el huésped y el microbioma para reducir el riesgo de exposición de todos los pesticidas, por ejemplo, mediante el uso de bacterias para limpiar derrames o como probióticos para humanos en riesgo, o plantas y animales fuera del objetivo", señala.

"Se necesitan más estudios de microbiomas del huésped sobre la exposición multigeneracional a los compuestos xenobióticos, especialmente a la luz del mayor riesgo de exposición a xenobióticos en humanos, plantas, animales, hongos y bacterias en todo el mundo", concluye Brucker.