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I. INTRODUCCIÓN
Aedes aegypti, es el vector del virus que ocasiona el Dengue, una
enfermedad muy frecuente en el hombre, constituyéndose en un severo
problema de salud pública, especialmente en países tropicales donde las
condiciones ambientales favorecen su desarrollo y proliferación. Se
estima que anualmente se presentan 50 millones de casos en el mundo
(Chico et al., 2001). Así mismo en el Perú el primer caso de Dengue se
registró en 1852, en 1990 en Iquitos y Tarapoto se reporto una epidemia
de 150000 personas infectadas, y en Trujillo se diagnosticaron 7000
casos de Dengue clásico durante el año 2000. (DIGESA, 2004)
El Dengue se transmite por la hembra A. aegypti cuyo habito
alimenticio, hematófaga, favorece la propagación de la virosis. Su ciclo
biológico presenta dos etapas bien diferenciadas, la fase acuática de
huevo, larva y pupa; y la fase aérea de adulto o imago. El periodo larval
comprende cuatro estadios: I, II, III y IV, siendo los tres primeros los más
voraces, obteniendo su alimento del agua que se encuentra en recipientes
naturales o artificiales. El periodo larval transcurre entre 5 a 7 días en
condiciones favorables de alimentación y a 27° C de temperatura; el ciclo
completo puede durar entre 10 a 15 días, dependiendo de las condiciones
ambientales (MINSA, 2004).
-2-
Hasta el momento el uso del larvicida temephos y cipermetrinas
para adultos de A. aegypti han tenido buenos resultados, sin embargo se
ha informado casos de resistencia. Ante ello, una posible alternativa para
solucionar el problema de resistencia es el control biológico, definido
como el uso de un organismo natural o modificado genéticamente cuyos
productos reducen sus efectos. Así mismo se ha reportado la existencia
de más de 1500 especies de microorganismos entomopatógenos, entre
los cuales las bacterias son de mayor importancia, constituyendo los
bioinsecticidas (Bisset et al., 2004; Rodriguez et al., 2004).
Bacillus thuringiensis (Bt), es una bacteria que se encuentra en la
flora natural del suelo, de forma bacilar, Gram positiva, anaeróbica
facultativa y formadora de esporas; esta bacteria produce toxinas
altamente específicas contra insectos (Jian et al., 1996), cuya producción
comercial se realiza por fermentación en grandes biorreactores. Primero
se propaga en una fase vegetativa y exponencial; cuando un compuesto
nutritivo del medio se agota, la bacteria entra en fase de esporulación
sintetizando las proteínas toxigénicas en forma de cristales. Después de
terminada la esporulación, las células se lisan por completo liberándose la
espora y los cristales paraesporales; luego de la citólisis, la masa de la
espora es aproximadamente 15% de la célula vegetativa y el cristal es del
orden del 12% al 17% de la misma (Yang y Wang, 2000; Cranshaw,
2007).
-3-
Durante muchos años se pensó que Bt era un patógeno exclusivo
de lepidópteros, porque solo se aislaron cepas activas de este grupo de
insectos. Sin embargo, en 1978 De Barjac describió la variedad
israelensis, que actúa en forma muy específica contra mosquitos de los
géneros Cúlex, Anópheles y Aedes (Schnepf, et al., 1998).
La clasificación de Bt esta basada en el antígeno H (Aglutinación
flagelar), reportándose más de 40 H serotipos y varios subserotipos
(Ananda et al., 1996). Sin embargo los genes capaces de producir las
toxinas Bt, están localizados usualmente en diferentes plásmidos, aunque
también se encuentran en el ADN cromosómico. Los genes de la  -
endotoxina, llamados cry se han clasificados en cinco grupos principales y
varias subclases, en total se tiene una familia de 26 genes diferentes que
codifican para estas proteínas, donde cada uno de ellos es altamente
específico para un blanco determinado (Feitelson et al., 1992; Ortiz et al.,
1992). Se han revisado las secuencias aminoacídicas de distintas
proteínas tóxicas, encontrándose la existencia de cinco bloques de
aminoácidos altamente conservados en todas las proteínas, los mismo
que serían fundamentales para la toxicidad. Por otro lado, se ha
demostrado por mutaciones sitio dirigidas, que la fracción tóxica se
localiza en la porción aminoterminal (Glick y Pasternak, 1994).
-4-
La esporulación es una respuesta a determinadas condiciones
nutricionales y ambientales, las fuentes de carbono y nitrógeno son muy
importantes en la producción de biomasa de Bt, así como la del cristal
biocida; la falta o disminución de las concentraciones de estas fuentes,
son las causas principales del inicio de la esporulación, así, se puede
producir bioinsecticida a partir de fuentes carbonadas y nitrogenadas
(Robles, 1995; Pescorán, 1998; Soto, 2003).
Los cristales son protoxinas formados por la glucoproteína  -
endotoxina, de elevado peso molecular (130 a 140 Kda), las que se
presentan en forma bipiramidal, cuboide, esférica o compuesta. El cristal
proteínico es altamente insoluble en condiciones normales, así, ésta es
enteramente segura (Tyrell et al., 1981; Vandekar y Dulmage, 1982;
Couche et al., 1987; World Health Organization, 1999). La  - endotoxina
es efectiva solamente cuando es ingerida por insectos que tienen en las
membranas de sus células epiteliales del intestino medio, receptores
específicos para ligar dicha toxina. Una vez que esta ha sido ingerida, se
solubiliza en el ambiente alcalino y bajo la acción de las proteasas, se
transforma en su forma activa de 60 Kda la cual actúa sobre dichos
receptores, creando poros en las membranas celulares y conduciendo al
desequilibrio iónico. Las células intestinales se lisan, la larva deja de
alimentarse, el pH intestinal disminuye. Esta disminución en el pH permite
a las esporas bacterianas germinar, invadiendo al hospedero causando
-5-
una letal septicemia (Federici, 1982; Bravo y Quintero, 1993; Restrepo et
al., 1997).
Determinados agentes ambientales, físicos o químicos pueden
alterar la estructura molecular del ADN, provocando una mayor frecuencia
de mutaciones, a los mismos que se les denomina mutágenos o agentes
mutagénicos. Actualmente existe una gran cantidad de agentes
mutagénicos, entre los cuales se prefiere el uso de químicos, por su
mayor efecto, escasa letalidad celular y mayor especificidad; comparado
con los mutágenos físicos. Dentro de los mutagénicos químicos se
encuentran el 5-Bromouracilo, etil metano sulfonato (EMS), ácido nitroso,
cloruro de hidroxilamina, naranja de acridina, entre otros, pudiéndose
agruparse en varias categorías como: análogo de bases, hidroxílantes,
desaminantes, alquilantes e intercalares (Klug y Cummings, 1999; Polo,
1999).
El naranja de acridina, es un colorante catiónico selectivo de los
ácidos nucleicos y se encuentra dentro de los agentes mutagénicos
intercalares, integrándose entre las bases nitrogenadas del ADN,
originando delecciones o inserciones de un solo par de nucleótidos. Esta
sustancia es una molécula plana con tres anillos conjugados que
provocan distorsiones en la cadena de doble hélice; Por lo común
ocasiona un desenrrollamiento parcial, inhibiendo la transcripción (Griffiths
et al., 2008).
-6-
Se han reportado trabajos en Escherichia coli, Rhizobium sp. y
Drosophila melanogaster, donde se confirma su actividad mutagénica en
concentraciones que van de 10 a 100 g/mL. Los mutantes obtenidos de
E. coli tratados con naranja de acridina resultaron con una mayor
actividad de la enzima penicilina G – acylicasa, en tanto se sugiere que
se podría utilizar para la producción de otros metabolitos secundarios en
otros organismos (Nassef et al., 2002; Arshad et al., 2006).
En la actualidad Bt, es el producto comercial de mayor difusión y
uso a nivel internacional por su alta especificidad, inocuidad para el
hombre, animales y plantas, al no dejar residuos tóxicos en el ambiente
(Alves, 1986; Ventocilla y Chauca, 2000); ya se han identificado una gran
cantidad de cepas Bt con diferentes rangos de acción insecticida, la
mayoría tiene actividad contra lepidópteros pero también se ha
encontrado cepas nocivas para dípteros, coleópteros, ácaros, platelmintos
y nematodos (Lina et al., 1992; Longini, 2000).
Debido a la importancia de Bti en la producción de bioinsecticida,
cuyos genes se encuentran muy emparentados entre si, se ha creído
conveniente desarrollar una nueva estrategia que permita incrementar el
control de larvas de A. aegypti utilizando Bti mutante inducido con
naranja de acridina.
-7-
Por lo antes expuesto se pretende conocer el efecto biocida de Bti
mutante sobre larvas III de A. aegypti bajo condiciones de laboratorio;
esperando que a mayor concentración de Bti mutante mayor será la
mortalidad de larvas III de A. aegypti. Por otro lado la presente
investigación tiene como finalidad determinar las diferentes
concentraciones de Bti mutante que manifiesten una mayor actividad
larvicida, así como establecer la relación entre la producción de Bti
mutante y su actividad biocida.
-8-
II. MATERIAL Y MÉTODOS
1. MATERIAL DE ESTUDIO
1.1. Material biológico
Larvas de A. aegypti obtenidas de huevos de la cepa
Rockefeller, proporcionado por el Laboratorio de
Protozoología de la Facultad de Ciencias Biológicas (Anexo
1).
1.2. Bioinsecticidas
 Formulación comercial de Bti “Lepibac” P.M. (Anexo 2)
 Formulaciones de Bti mutante inducidas con naranja de
acridina (Blas, 2012); conservadas a – 4°C (Anexo 3).
2. METODOS Y TECNICAS
2.1. Obtención de larvas III de Aedes aegypti en condiciones
de laboratorio.
Los huevos de A. aegypti se colocaron en fuentes de
plástico de 20 por 30 cm. con agua destilada hasta su
eclosión (Anexo 4). Las larvas emergieron en un lapso de 2
a 3 días, y se alimentaron con “conejina”, previamente
triturada y esterilizada a 80 °C por 30 minutos (Anexo 5). El
-9-
agua se reciclo diariamente para evitar el desarrollo de
patógenos hasta alcanzar el estadio de larvas III, cinco días
después de la eclosión (Montero, 1985; Zavaleta, 2010).
Todo el proceso se desarrollo utilizando un sistema de
iluminación constante, con focos de 100 watts, para
mantener una temperatura a ± 26°C, utilizando un
termohidrómetro y a un pH de 7,0 (Anexo 6).
2.2. Tamaño y representatividad de la muestra
Se utilizó 2500 huevos de A. aegyti, de los cuales
emergieron aproximadamente 1800 larvas y para el
desarrollo de la investigación se tomaron al azar 1200 de
ellas.
2.3. Producción de Bti mutante
En un medio de cultivo Nysma conteniendo 80, 160 y 200
ppm del mutageno naranja de acridina, se realizó la siembra
de Bti, y luego de 48 horas se detectaron colonias mutantes:
M1, M2 y M3, y se seleccionaron por sus características
fenotípicas (Anexo 7).
Luego de un proceso de fermentación por 50 horas, en
biorreactores tipo tanque cilíndrico aireado y agitado, para
cada concentración se obtuvo la biomasa de Bti mutante
-10-
(Anexo 8). Posteriormente se centrifugo, deshidrato y trituró
la biomasa (Anexo 9), cuantificándose en gramos de peso
seco por litro, con un contenido de esporas, cristales
proteicos y residuos celulares; el mismo que se considera
como una formulación (Blas, 2012).
2.4. Determinación de la dosis letal media de la formulación
comercial.
Se pesaron 50, 80, 125, 250 y 500 mg de la formulación; y
se diluyeron en 100 mL de agua destilada, contenidos en
placas petri de 19 cm de diámetro más un control,
posteriormente se colocaron 25 larvas III de A. aegypti para
cada concentración. La dosis letal media se determinó por el
recuento de larvas muertas en tres repeticiones (Anexo 10).
2.5. Diseño para la exposición de lavas III de Aedes aegypti
al Bti mutante.
Se eligieron cinco concentraciones de tres formulaciones de
Bti mutante y una formulación comercial “testigo” : 0, 2000,
3000, 4000 y 5000 ppm; se utilizó 20 vasos descartables
conteniendo 25 larvas y 100 mL de agua destilada en cada
repetición, el ensayo se realizó por triplicado (Anexo 11). Los
-11-
datos se tomaron a partir de las 40 horas después de la
aplicación, siguiendo un diseño experimental en bloques
completos al azar, donde cada tratamiento son las
formulaciones y cada bloque las concentraciones (Sokal,
1980).
.
2.6. Análisis Estadístico
Con los datos obtenidos en la experiencia, se realizaron los
cálculos para estimar la línea de regresión, y determinar la
dosis letal media y dosis letal máxima, así como el Análisis
de varianza y la comparación de medias por el método de
Duncan, para establecer la existencia de diferencias
significativas entre los tratamientos, con una PEI=0,05
(Sokal, 1980).
-12-
III. RESULTADOS
En la figura 1, se muestra el efecto biocida de Bti sobre larvas III de
A. aegypti a través de la línea de regresión, donde la dosis letal media se
encuentra entre 1200 y 2500 partes por millón; y la dosis letal máxima
ocurre a partir de 5000 ppm de la formulación comercial, a partir de las 40
horas de aplicación.
El número promedio de larvas III muertas de A. aegypti producidas
por las diferentes formulaciones a distintas concentraciones de Bti,
obtuvieron los valores máximos a los 4000 ppm en cada uno de los
tratamientos (M1: 11,76; M2: 13,10; M3: 11,38) excepto en el testigo,
después de las 40 horas de aplicación, como se observa en la Tabla 1.
En la Tabla 2, se presenta el análisis de varianza para el promedio
de larvas III muertas de A. aegypti por cada formulación de Bti mutante,
incluido el testigo, a diferentes concentraciones (ppm) a partir de las 40
horas de aplicación.
La prueba de comparación de media de Duncan, confirma la
existencia de diferencias significativas entre la formulación comercial, M1
y M3 con respecto al M2 de Bti, en relación al número promedio de larvas
III muertas de A. aegypti, como se indica en la Tabla 3.
-13-
0
5
10
15
20
25
30
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Nºdelarvasmuertas
Concentración de la formulación comercial (ppm)
Figura 1. Línea de regresión para determinar la Dosis Letal Media
(DL50) y Dosis Letal Máxima (DL100) de las diferentes
concentraciones (ppm) de una formulación comercial de
Bti “Lipobac” sobre larvas III de Aedes aegypti a partir
de las 40 horas después de la aplicación.
A
DL50
DL100
-14-
Tabla 1. Número promedio de larvas III muertas de Aedes aegypti
producidas por diferentes formulaciones y distintas
concentraciones (ppm) de Bacillus thuringiensis H-14
var. israelensis mutante a partir de las 40 horas después
de la aplicación.
BLOQUES
TRATAMIENTOS
T1
(F.C)
T2
(M1)
T3
(M2)
T4
(M3)
2000 ppm 13,42 9,77 9,86 9,83
3000 ppm 10,25 9,78 13,20 10,70
4000 ppm 10,23 14,80 15,70 14,60
5000 ppm 10,10 12,70 13,62 10,40
Promedio 11,00 11,76 13,10 11,38
F.C = Formulación comercial
M1 = Bti mutante (80 ppm)
M2 = Bti mutante (160 ppm)
M3 = Bti mutante (200 ppm)
-15-
Tabla 3. Análisis de varianza para el promedio de larvas III de
Aedes aegypti para cada formulación de Bacillus
thuringiensis H-14 var. israelensis mutante, incluido la
formulación comercial a diferentes concentraciones
(ppm) a partir de las 40 horas después de la aplicación.
Fuente de
Variación
Grados
de
Libertad
Suma de
Cuadrados
Cuadrado
Medio
F-
calculado
F-
tabulado
Entre
tratamientos
3 9,97 3,32 7,72 3,86 *
Entre
bloques
3 24,00 8,00 18,60 3,86 *
Error 9 3,90 0,43
Total 15 37,87
P.E.I. : 0,05
* Presentan diferencias significativas
-16-
Tabla 3. Prueba de comparación de medias de Duncan de larvas
III muertas de Aedes aegypti para cada formulación de
Bacillus thuringiensis H-14 var. israelensis mutante,
incluido la formulación comercial a diferentes
concentraciones (ppm) a partir de las 40 horas después
de la aplicación.
Tratamientos
Promedio de
Bioinsecticida
Grupos Homogéneos
T1 (F.C) 11,00 X
T2 (M1) 11,76 X
T3 (M2) 13,10 XX
T4 (M3) 11,38 X
P.E.I.: 0,05
-17-
IV. DISCUSION
En todo trabajo de investigación, que implica comprobar la
actividad de una sustancia determinada sobre algún sistema biológico, se
hace necesario conocer la dosis letal media y la dosis letal máxima;
porque a partir de ellas podemos elegir las concentraciones adecuadas
para la consecución de un objetivo establecido (Soto, 2003). En tal
sentido, se utilizó la línea de regresión para determinar la dosis letal
media de las larvas III de A. aegypti, la que se encuentra entre 1200 y
2500 ppm; la dosis letal máxima ocurre a partir de las 5000 ppm de la
formulación comercial utilizada como testigo respecto a las formulaciones
de Bti mutante (Figura 1).
El número promedio de larvas III muertas de A. aegypti alcanzó su
valor más alto a una concentración de 4000 ppm en todos los
tratamientos con Bti mutante, a excepción del testigo, que lo hizo a 2000
ppm. Esta actividad lenta se debería a las diferentes concentraciones del
naranja de acridina del cual se originaron, ocasionando cambios en su
actividad; la mortalidad larvaria máxima ocurrió cuando se utilizó la
formulación M2 de Bti a 4000 ppm, después de las 40 horas de aplicación
(Tabla 1); coincidiendo con los resultados obtenidos por Couch y Ross
(1980) quienes señalan que el mayor efecto biocida en larvas de A.
aegypti se produce entre las 24 y 48 horas después de la aplicación con
Bti. Sin embargo, Zavaleta (2010) reporta una mortalidad del 100% a las
-18-
24 horas, lo que concuerda con Montero et al. (1985), quienes trabajaron
en la susceptibilidad de A. aegyipti frente a Bti.
La máxima producción de Bti se logró a 200 ppm del agente
mutagénico, con un peso seco promedio de 2,78 gr/L; pero el mayor
efecto biocida sobre las lavas III de A. aegypti ocurre con Bti mutante,
utilizando 160 ppm del mutageno; evidenciando que no existe una
relación directa entre la producción del bioincecticida mutante y su
capacidad larvicida, más aún cuando ocurre asincronía en el proceso
(Blas 2012).
Los resultados distintos de la capacidad biocida de Bti mutante y la
formulación comercial, sobre larvas III de A. aegypti, indicados con sus
promedios fueron confirmados por el análisis de varianza (Tabla 2); para
identificar la existencia de diferencias significativas entre los tratamientos,
no obstante a pesar de ser un método riguroso es muy genérico y
sensible a las diferencias que puedan presentar por lo menos un par de
tratamientos; ante ello se hizo necesario un método más específico como
es la prueba de comparación de medias de Duncan (Tabla 3), para
determinar entre que tratamientos existen tales diferencias (Sokal, 1980).
-19-
La producción de Bti mutante en la presente investigación se
encuentra sobre las halladas en otras investigaciones, pero esto no
demuestra una mayor capacidad biocida, dado a su origen. Sin embargo
es necesario señalar que se trabajo solo con el 16% del principio activo, a
diferencia de la formulación comercial que presenta el 32% del mismo.
Por otro lado las formulaciones de Bti mutante son poco estables y los
resultados hallados no asegura su reproducibilidad, por lo tanto lograr la
estabilidad del mutante es una finalidad a cumplir (Blas, 2012).
Se hace necesario ampliar las investigaciones relacionadas a los
resultados del presente ensayo, con la finalidad de aprovechar mejor los
genes de Bacillus thuringiensis H-14 var. israelensis en la consecución de
bioinsecticidas, tratando de hacer combinaciones de los mismos para
mejorar el rango de acción de las proteínas biocidas contra distintos
organismos plaga, que constituyen una amenaza para la salud y calidad
de vida del hombre; utilizando técnicas inducidas de mutación al azar.
Es factible iniciar en el Perú y sobre todo en nuestra región, otros
trabajos con diferentes agentes mutagénicos químicos, para obtener
mutantes más eficientes e incrementar la producción del bioinsecticida Bti
y lograr curvas de rendimiento más elevadas, así como disminuir las
poblaciones de insectos vectores de enfermedades como el dengue,
malaria, entre otras.
-20-
Se debe potenciar y masificar la utilización del bioinsecticida Bti,
dentro del marco del desarrollo sustentable por ser biodegradable,
efectivo, seguro y sin llegar a producir impactos ambientales; para lo cual
se debe inicia algunas estrategias que permitan implementar normas y
políticas para su uso.
-21-
V. CONCLUSIONES
 Las formulaciones de Bacillus thuringiensis H-14 var. israelensis (Bti)
tuvieron efecto biocida sobre las larvas III de Aedes aegypti bajo
condiciones de laboratorio.
 El mayor efecto larvicida se logró con la formulación de Bti M2 a una
concentración de 4000 ppm.
 No existe relación directa entre la producción del bioinsecticida Bti
mutante y la actividad biocida sobre las larvas de Aedes aegypti.
-22-
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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  • 1. -1- I. INTRODUCCIÓN Aedes aegypti, es el vector del virus que ocasiona el Dengue, una enfermedad muy frecuente en el hombre, constituyéndose en un severo problema de salud pública, especialmente en países tropicales donde las condiciones ambientales favorecen su desarrollo y proliferación. Se estima que anualmente se presentan 50 millones de casos en el mundo (Chico et al., 2001). Así mismo en el Perú el primer caso de Dengue se registró en 1852, en 1990 en Iquitos y Tarapoto se reporto una epidemia de 150000 personas infectadas, y en Trujillo se diagnosticaron 7000 casos de Dengue clásico durante el año 2000. (DIGESA, 2004) El Dengue se transmite por la hembra A. aegypti cuyo habito alimenticio, hematófaga, favorece la propagación de la virosis. Su ciclo biológico presenta dos etapas bien diferenciadas, la fase acuática de huevo, larva y pupa; y la fase aérea de adulto o imago. El periodo larval comprende cuatro estadios: I, II, III y IV, siendo los tres primeros los más voraces, obteniendo su alimento del agua que se encuentra en recipientes naturales o artificiales. El periodo larval transcurre entre 5 a 7 días en condiciones favorables de alimentación y a 27° C de temperatura; el ciclo completo puede durar entre 10 a 15 días, dependiendo de las condiciones ambientales (MINSA, 2004).
  • 2. -2- Hasta el momento el uso del larvicida temephos y cipermetrinas para adultos de A. aegypti han tenido buenos resultados, sin embargo se ha informado casos de resistencia. Ante ello, una posible alternativa para solucionar el problema de resistencia es el control biológico, definido como el uso de un organismo natural o modificado genéticamente cuyos productos reducen sus efectos. Así mismo se ha reportado la existencia de más de 1500 especies de microorganismos entomopatógenos, entre los cuales las bacterias son de mayor importancia, constituyendo los bioinsecticidas (Bisset et al., 2004; Rodriguez et al., 2004). Bacillus thuringiensis (Bt), es una bacteria que se encuentra en la flora natural del suelo, de forma bacilar, Gram positiva, anaeróbica facultativa y formadora de esporas; esta bacteria produce toxinas altamente específicas contra insectos (Jian et al., 1996), cuya producción comercial se realiza por fermentación en grandes biorreactores. Primero se propaga en una fase vegetativa y exponencial; cuando un compuesto nutritivo del medio se agota, la bacteria entra en fase de esporulación sintetizando las proteínas toxigénicas en forma de cristales. Después de terminada la esporulación, las células se lisan por completo liberándose la espora y los cristales paraesporales; luego de la citólisis, la masa de la espora es aproximadamente 15% de la célula vegetativa y el cristal es del orden del 12% al 17% de la misma (Yang y Wang, 2000; Cranshaw, 2007).
  • 3. -3- Durante muchos años se pensó que Bt era un patógeno exclusivo de lepidópteros, porque solo se aislaron cepas activas de este grupo de insectos. Sin embargo, en 1978 De Barjac describió la variedad israelensis, que actúa en forma muy específica contra mosquitos de los géneros Cúlex, Anópheles y Aedes (Schnepf, et al., 1998). La clasificación de Bt esta basada en el antígeno H (Aglutinación flagelar), reportándose más de 40 H serotipos y varios subserotipos (Ananda et al., 1996). Sin embargo los genes capaces de producir las toxinas Bt, están localizados usualmente en diferentes plásmidos, aunque también se encuentran en el ADN cromosómico. Los genes de la  - endotoxina, llamados cry se han clasificados en cinco grupos principales y varias subclases, en total se tiene una familia de 26 genes diferentes que codifican para estas proteínas, donde cada uno de ellos es altamente específico para un blanco determinado (Feitelson et al., 1992; Ortiz et al., 1992). Se han revisado las secuencias aminoacídicas de distintas proteínas tóxicas, encontrándose la existencia de cinco bloques de aminoácidos altamente conservados en todas las proteínas, los mismo que serían fundamentales para la toxicidad. Por otro lado, se ha demostrado por mutaciones sitio dirigidas, que la fracción tóxica se localiza en la porción aminoterminal (Glick y Pasternak, 1994).
  • 4. -4- La esporulación es una respuesta a determinadas condiciones nutricionales y ambientales, las fuentes de carbono y nitrógeno son muy importantes en la producción de biomasa de Bt, así como la del cristal biocida; la falta o disminución de las concentraciones de estas fuentes, son las causas principales del inicio de la esporulación, así, se puede producir bioinsecticida a partir de fuentes carbonadas y nitrogenadas (Robles, 1995; Pescorán, 1998; Soto, 2003). Los cristales son protoxinas formados por la glucoproteína  - endotoxina, de elevado peso molecular (130 a 140 Kda), las que se presentan en forma bipiramidal, cuboide, esférica o compuesta. El cristal proteínico es altamente insoluble en condiciones normales, así, ésta es enteramente segura (Tyrell et al., 1981; Vandekar y Dulmage, 1982; Couche et al., 1987; World Health Organization, 1999). La  - endotoxina es efectiva solamente cuando es ingerida por insectos que tienen en las membranas de sus células epiteliales del intestino medio, receptores específicos para ligar dicha toxina. Una vez que esta ha sido ingerida, se solubiliza en el ambiente alcalino y bajo la acción de las proteasas, se transforma en su forma activa de 60 Kda la cual actúa sobre dichos receptores, creando poros en las membranas celulares y conduciendo al desequilibrio iónico. Las células intestinales se lisan, la larva deja de alimentarse, el pH intestinal disminuye. Esta disminución en el pH permite a las esporas bacterianas germinar, invadiendo al hospedero causando
  • 5. -5- una letal septicemia (Federici, 1982; Bravo y Quintero, 1993; Restrepo et al., 1997). Determinados agentes ambientales, físicos o químicos pueden alterar la estructura molecular del ADN, provocando una mayor frecuencia de mutaciones, a los mismos que se les denomina mutágenos o agentes mutagénicos. Actualmente existe una gran cantidad de agentes mutagénicos, entre los cuales se prefiere el uso de químicos, por su mayor efecto, escasa letalidad celular y mayor especificidad; comparado con los mutágenos físicos. Dentro de los mutagénicos químicos se encuentran el 5-Bromouracilo, etil metano sulfonato (EMS), ácido nitroso, cloruro de hidroxilamina, naranja de acridina, entre otros, pudiéndose agruparse en varias categorías como: análogo de bases, hidroxílantes, desaminantes, alquilantes e intercalares (Klug y Cummings, 1999; Polo, 1999). El naranja de acridina, es un colorante catiónico selectivo de los ácidos nucleicos y se encuentra dentro de los agentes mutagénicos intercalares, integrándose entre las bases nitrogenadas del ADN, originando delecciones o inserciones de un solo par de nucleótidos. Esta sustancia es una molécula plana con tres anillos conjugados que provocan distorsiones en la cadena de doble hélice; Por lo común ocasiona un desenrrollamiento parcial, inhibiendo la transcripción (Griffiths et al., 2008).
  • 6. -6- Se han reportado trabajos en Escherichia coli, Rhizobium sp. y Drosophila melanogaster, donde se confirma su actividad mutagénica en concentraciones que van de 10 a 100 g/mL. Los mutantes obtenidos de E. coli tratados con naranja de acridina resultaron con una mayor actividad de la enzima penicilina G – acylicasa, en tanto se sugiere que se podría utilizar para la producción de otros metabolitos secundarios en otros organismos (Nassef et al., 2002; Arshad et al., 2006). En la actualidad Bt, es el producto comercial de mayor difusión y uso a nivel internacional por su alta especificidad, inocuidad para el hombre, animales y plantas, al no dejar residuos tóxicos en el ambiente (Alves, 1986; Ventocilla y Chauca, 2000); ya se han identificado una gran cantidad de cepas Bt con diferentes rangos de acción insecticida, la mayoría tiene actividad contra lepidópteros pero también se ha encontrado cepas nocivas para dípteros, coleópteros, ácaros, platelmintos y nematodos (Lina et al., 1992; Longini, 2000). Debido a la importancia de Bti en la producción de bioinsecticida, cuyos genes se encuentran muy emparentados entre si, se ha creído conveniente desarrollar una nueva estrategia que permita incrementar el control de larvas de A. aegypti utilizando Bti mutante inducido con naranja de acridina.
  • 7. -7- Por lo antes expuesto se pretende conocer el efecto biocida de Bti mutante sobre larvas III de A. aegypti bajo condiciones de laboratorio; esperando que a mayor concentración de Bti mutante mayor será la mortalidad de larvas III de A. aegypti. Por otro lado la presente investigación tiene como finalidad determinar las diferentes concentraciones de Bti mutante que manifiesten una mayor actividad larvicida, así como establecer la relación entre la producción de Bti mutante y su actividad biocida.
  • 8. -8- II. MATERIAL Y MÉTODOS 1. MATERIAL DE ESTUDIO 1.1. Material biológico Larvas de A. aegypti obtenidas de huevos de la cepa Rockefeller, proporcionado por el Laboratorio de Protozoología de la Facultad de Ciencias Biológicas (Anexo 1). 1.2. Bioinsecticidas  Formulación comercial de Bti “Lepibac” P.M. (Anexo 2)  Formulaciones de Bti mutante inducidas con naranja de acridina (Blas, 2012); conservadas a – 4°C (Anexo 3). 2. METODOS Y TECNICAS 2.1. Obtención de larvas III de Aedes aegypti en condiciones de laboratorio. Los huevos de A. aegypti se colocaron en fuentes de plástico de 20 por 30 cm. con agua destilada hasta su eclosión (Anexo 4). Las larvas emergieron en un lapso de 2 a 3 días, y se alimentaron con “conejina”, previamente triturada y esterilizada a 80 °C por 30 minutos (Anexo 5). El
  • 9. -9- agua se reciclo diariamente para evitar el desarrollo de patógenos hasta alcanzar el estadio de larvas III, cinco días después de la eclosión (Montero, 1985; Zavaleta, 2010). Todo el proceso se desarrollo utilizando un sistema de iluminación constante, con focos de 100 watts, para mantener una temperatura a ± 26°C, utilizando un termohidrómetro y a un pH de 7,0 (Anexo 6). 2.2. Tamaño y representatividad de la muestra Se utilizó 2500 huevos de A. aegyti, de los cuales emergieron aproximadamente 1800 larvas y para el desarrollo de la investigación se tomaron al azar 1200 de ellas. 2.3. Producción de Bti mutante En un medio de cultivo Nysma conteniendo 80, 160 y 200 ppm del mutageno naranja de acridina, se realizó la siembra de Bti, y luego de 48 horas se detectaron colonias mutantes: M1, M2 y M3, y se seleccionaron por sus características fenotípicas (Anexo 7). Luego de un proceso de fermentación por 50 horas, en biorreactores tipo tanque cilíndrico aireado y agitado, para cada concentración se obtuvo la biomasa de Bti mutante
  • 10. -10- (Anexo 8). Posteriormente se centrifugo, deshidrato y trituró la biomasa (Anexo 9), cuantificándose en gramos de peso seco por litro, con un contenido de esporas, cristales proteicos y residuos celulares; el mismo que se considera como una formulación (Blas, 2012). 2.4. Determinación de la dosis letal media de la formulación comercial. Se pesaron 50, 80, 125, 250 y 500 mg de la formulación; y se diluyeron en 100 mL de agua destilada, contenidos en placas petri de 19 cm de diámetro más un control, posteriormente se colocaron 25 larvas III de A. aegypti para cada concentración. La dosis letal media se determinó por el recuento de larvas muertas en tres repeticiones (Anexo 10). 2.5. Diseño para la exposición de lavas III de Aedes aegypti al Bti mutante. Se eligieron cinco concentraciones de tres formulaciones de Bti mutante y una formulación comercial “testigo” : 0, 2000, 3000, 4000 y 5000 ppm; se utilizó 20 vasos descartables conteniendo 25 larvas y 100 mL de agua destilada en cada repetición, el ensayo se realizó por triplicado (Anexo 11). Los
  • 11. -11- datos se tomaron a partir de las 40 horas después de la aplicación, siguiendo un diseño experimental en bloques completos al azar, donde cada tratamiento son las formulaciones y cada bloque las concentraciones (Sokal, 1980). . 2.6. Análisis Estadístico Con los datos obtenidos en la experiencia, se realizaron los cálculos para estimar la línea de regresión, y determinar la dosis letal media y dosis letal máxima, así como el Análisis de varianza y la comparación de medias por el método de Duncan, para establecer la existencia de diferencias significativas entre los tratamientos, con una PEI=0,05 (Sokal, 1980).
  • 12. -12- III. RESULTADOS En la figura 1, se muestra el efecto biocida de Bti sobre larvas III de A. aegypti a través de la línea de regresión, donde la dosis letal media se encuentra entre 1200 y 2500 partes por millón; y la dosis letal máxima ocurre a partir de 5000 ppm de la formulación comercial, a partir de las 40 horas de aplicación. El número promedio de larvas III muertas de A. aegypti producidas por las diferentes formulaciones a distintas concentraciones de Bti, obtuvieron los valores máximos a los 4000 ppm en cada uno de los tratamientos (M1: 11,76; M2: 13,10; M3: 11,38) excepto en el testigo, después de las 40 horas de aplicación, como se observa en la Tabla 1. En la Tabla 2, se presenta el análisis de varianza para el promedio de larvas III muertas de A. aegypti por cada formulación de Bti mutante, incluido el testigo, a diferentes concentraciones (ppm) a partir de las 40 horas de aplicación. La prueba de comparación de media de Duncan, confirma la existencia de diferencias significativas entre la formulación comercial, M1 y M3 con respecto al M2 de Bti, en relación al número promedio de larvas III muertas de A. aegypti, como se indica en la Tabla 3.
  • 13. -13- 0 5 10 15 20 25 30 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Nºdelarvasmuertas Concentración de la formulación comercial (ppm) Figura 1. Línea de regresión para determinar la Dosis Letal Media (DL50) y Dosis Letal Máxima (DL100) de las diferentes concentraciones (ppm) de una formulación comercial de Bti “Lipobac” sobre larvas III de Aedes aegypti a partir de las 40 horas después de la aplicación. A DL50 DL100
  • 14. -14- Tabla 1. Número promedio de larvas III muertas de Aedes aegypti producidas por diferentes formulaciones y distintas concentraciones (ppm) de Bacillus thuringiensis H-14 var. israelensis mutante a partir de las 40 horas después de la aplicación. BLOQUES TRATAMIENTOS T1 (F.C) T2 (M1) T3 (M2) T4 (M3) 2000 ppm 13,42 9,77 9,86 9,83 3000 ppm 10,25 9,78 13,20 10,70 4000 ppm 10,23 14,80 15,70 14,60 5000 ppm 10,10 12,70 13,62 10,40 Promedio 11,00 11,76 13,10 11,38 F.C = Formulación comercial M1 = Bti mutante (80 ppm) M2 = Bti mutante (160 ppm) M3 = Bti mutante (200 ppm)
  • 15. -15- Tabla 3. Análisis de varianza para el promedio de larvas III de Aedes aegypti para cada formulación de Bacillus thuringiensis H-14 var. israelensis mutante, incluido la formulación comercial a diferentes concentraciones (ppm) a partir de las 40 horas después de la aplicación. Fuente de Variación Grados de Libertad Suma de Cuadrados Cuadrado Medio F- calculado F- tabulado Entre tratamientos 3 9,97 3,32 7,72 3,86 * Entre bloques 3 24,00 8,00 18,60 3,86 * Error 9 3,90 0,43 Total 15 37,87 P.E.I. : 0,05 * Presentan diferencias significativas
  • 16. -16- Tabla 3. Prueba de comparación de medias de Duncan de larvas III muertas de Aedes aegypti para cada formulación de Bacillus thuringiensis H-14 var. israelensis mutante, incluido la formulación comercial a diferentes concentraciones (ppm) a partir de las 40 horas después de la aplicación. Tratamientos Promedio de Bioinsecticida Grupos Homogéneos T1 (F.C) 11,00 X T2 (M1) 11,76 X T3 (M2) 13,10 XX T4 (M3) 11,38 X P.E.I.: 0,05
  • 17. -17- IV. DISCUSION En todo trabajo de investigación, que implica comprobar la actividad de una sustancia determinada sobre algún sistema biológico, se hace necesario conocer la dosis letal media y la dosis letal máxima; porque a partir de ellas podemos elegir las concentraciones adecuadas para la consecución de un objetivo establecido (Soto, 2003). En tal sentido, se utilizó la línea de regresión para determinar la dosis letal media de las larvas III de A. aegypti, la que se encuentra entre 1200 y 2500 ppm; la dosis letal máxima ocurre a partir de las 5000 ppm de la formulación comercial utilizada como testigo respecto a las formulaciones de Bti mutante (Figura 1). El número promedio de larvas III muertas de A. aegypti alcanzó su valor más alto a una concentración de 4000 ppm en todos los tratamientos con Bti mutante, a excepción del testigo, que lo hizo a 2000 ppm. Esta actividad lenta se debería a las diferentes concentraciones del naranja de acridina del cual se originaron, ocasionando cambios en su actividad; la mortalidad larvaria máxima ocurrió cuando se utilizó la formulación M2 de Bti a 4000 ppm, después de las 40 horas de aplicación (Tabla 1); coincidiendo con los resultados obtenidos por Couch y Ross (1980) quienes señalan que el mayor efecto biocida en larvas de A. aegypti se produce entre las 24 y 48 horas después de la aplicación con Bti. Sin embargo, Zavaleta (2010) reporta una mortalidad del 100% a las
  • 18. -18- 24 horas, lo que concuerda con Montero et al. (1985), quienes trabajaron en la susceptibilidad de A. aegyipti frente a Bti. La máxima producción de Bti se logró a 200 ppm del agente mutagénico, con un peso seco promedio de 2,78 gr/L; pero el mayor efecto biocida sobre las lavas III de A. aegypti ocurre con Bti mutante, utilizando 160 ppm del mutageno; evidenciando que no existe una relación directa entre la producción del bioincecticida mutante y su capacidad larvicida, más aún cuando ocurre asincronía en el proceso (Blas 2012). Los resultados distintos de la capacidad biocida de Bti mutante y la formulación comercial, sobre larvas III de A. aegypti, indicados con sus promedios fueron confirmados por el análisis de varianza (Tabla 2); para identificar la existencia de diferencias significativas entre los tratamientos, no obstante a pesar de ser un método riguroso es muy genérico y sensible a las diferencias que puedan presentar por lo menos un par de tratamientos; ante ello se hizo necesario un método más específico como es la prueba de comparación de medias de Duncan (Tabla 3), para determinar entre que tratamientos existen tales diferencias (Sokal, 1980).
  • 19. -19- La producción de Bti mutante en la presente investigación se encuentra sobre las halladas en otras investigaciones, pero esto no demuestra una mayor capacidad biocida, dado a su origen. Sin embargo es necesario señalar que se trabajo solo con el 16% del principio activo, a diferencia de la formulación comercial que presenta el 32% del mismo. Por otro lado las formulaciones de Bti mutante son poco estables y los resultados hallados no asegura su reproducibilidad, por lo tanto lograr la estabilidad del mutante es una finalidad a cumplir (Blas, 2012). Se hace necesario ampliar las investigaciones relacionadas a los resultados del presente ensayo, con la finalidad de aprovechar mejor los genes de Bacillus thuringiensis H-14 var. israelensis en la consecución de bioinsecticidas, tratando de hacer combinaciones de los mismos para mejorar el rango de acción de las proteínas biocidas contra distintos organismos plaga, que constituyen una amenaza para la salud y calidad de vida del hombre; utilizando técnicas inducidas de mutación al azar. Es factible iniciar en el Perú y sobre todo en nuestra región, otros trabajos con diferentes agentes mutagénicos químicos, para obtener mutantes más eficientes e incrementar la producción del bioinsecticida Bti y lograr curvas de rendimiento más elevadas, así como disminuir las poblaciones de insectos vectores de enfermedades como el dengue, malaria, entre otras.
  • 20. -20- Se debe potenciar y masificar la utilización del bioinsecticida Bti, dentro del marco del desarrollo sustentable por ser biodegradable, efectivo, seguro y sin llegar a producir impactos ambientales; para lo cual se debe inicia algunas estrategias que permitan implementar normas y políticas para su uso.
  • 21. -21- V. CONCLUSIONES  Las formulaciones de Bacillus thuringiensis H-14 var. israelensis (Bti) tuvieron efecto biocida sobre las larvas III de Aedes aegypti bajo condiciones de laboratorio.  El mayor efecto larvicida se logró con la formulación de Bti M2 a una concentración de 4000 ppm.  No existe relación directa entre la producción del bioinsecticida Bti mutante y la actividad biocida sobre las larvas de Aedes aegypti.
  • 22. -22- VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Alves, S. 1986. Control Microbiano de Insectos. Edit. Manole Ltda.. Sao Paulo - Brasil. 1986. pp: 98-105 Ananda, P., R. Sharma y V. Malik. 1996. The insecticidal proteins of Bacillus thuringiensis. Advances in Applied Microbiology. Academic Press. 42: 1-43. Arshad, R., S. Farooq, N. Iqbal y S. Ali. 2006. Mutagenic effect of acridine orange on the expression of penicillin G-acylase and β-lactamase in Escherichia coli. pp. 94-101(8). http://www.ingentaconnect.com/content/bsc/lappm/2006/00000042/00 000002/art00003 Bach, P. 1985. Control biológico de plagas de insectos y malas hierbas. 10º ed. Edit. Continental, S.A. Cuernavaca-México. pp. 21-89. Bisset, J., M. Rodríguez y P. Fernández. 2004. Estado de la resistencia a insecticidas y mecanismos de resistencia en larvas del Municipio Playa, colectados durante la etapa intensiva contra el aedes aegypti. Med Trop. La Habana. Cuba. 56 (1): 61-66
  • 23. -23- Blas, W. 2012. Efecto del naranja de acridina en la obtención de Bacillus thuringiensis H-14 var. Israelensis Mutante y la producción de bioinsecticida en un medio fermentativo a base de sanguaza. Tesis para optar el grado de Doctor en Microbiología. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Postgrado. Bravo, A. y R. Quintero. 1993. Importancia y potencial de Bacillus thuringiensis en el control de plagas. En IV curso avanzado de procesos biotecnológicos. Instituto de Biotecnología. México; 2: 1-32. Chico, P., F. Hidalgo y R. Ochoa. 2001. Ciclo de Vida del Aedes aegypti y manifestaciones clínicas del dengue. Acta Pediátrica. Méx., 22(2), 114- 117. Couch, T. y R. Ross. 1980. Production and utilization of Bacillus thuringiensis. Biotech. and Bioeng. 22: 1297. Couche, A., A. Pfannesttel y K. Nickerson. 1987. Structural disulfide bonds in the Bacillus thuringiensis subesp israelensis protein crystal. Journal of Bacteriology; 169 (7): 3281-3288. Cranshaw, W. 2007. Questions and answers about Bacillus thuringiensis. Colorado State University Cooperative Extension. Disponible en: http://searchpdf.adobe.com/proxies/1/26/81/4.html
  • 24. -24- DIGESA. 2004. Manual de Procedimientos para la Vigilancia Entomológica y el Control Vectorial: Malaria y Dengue. Documento Técnico en Revisión Final. Federici, A. 1982. Site of action of the delta-endotoxin of bacillus thuringiensis in mosquito and blackfly larvae. in Michal F, edit. Basic biology of microbial larvicides of vector of human diseases. Geneva, Switzerland. pp: 37-47. Feitelson, J., J. Paine y L. Kim. 1992. Bacillus thuringiensis: Insects and beyond. biotechnology. 10: 271-275. Glick, B. and J. Pasternak. 1994. Molecular Biotechnology: Microbial Insecticidas. ASM Press. 12: 289-303 Griffiths, A., S. Wessler, R. Lewontin y S. Carroll. 2008. Genética. Edit. McGraw Hill. 9º ed. Madrid. España. pp. 487-513. Jian, L., Y. Thirumaran y A. Porter. 1996. Efficient síntesis of mosquitocidal toxins in asticcacaulis excentricus demonstrates potential of gram negative bacteria in mosquito control. Nature Biotechnology; 14: 343-347.
  • 25. -25- Klug, W. y Cummings, M. 1999. Conceptos de Genética. Edit. Prince Hall. 5ta. ed. Madrid. España. pp. 411-452 Lina, L., E. Aranda, E. Bravo, A. Ortiz y M. Ortiz. 1992. Evaluación de proteínas tóxicas producidas por cepas nativas de Bacillus thuringiensis contra el gusano cogollero de maíz. Universidad: Ciencia y Tecnología México; 2: 41-44. Longini, M. 2000. El primer bioinsecticida argentino. Disponible en: http://www.biodiversidadla/agro MINSA (2004). Módulo de Capacitación para la intervención integral en dengue. Montero, G., R. Espino, I. García y Díaz, M. 1985. Susceptibilidad comparativa de las especies de mosquitos Aedes aegypti y Culex quinquefasciatus al Bacillus thuringiensis variedad israelensis (H-14). Rev. Cubana Hig. Epid. 23:253-259. Nassef, M., K. Zaied, E. Wahab y E. Ibrahim. 2002. mutagenicidad de acridina y el ácido ascórbico en árboles de leguminosas. Diario de Ciencias Biológicas. Pakistan. 5(5): 569-580. http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/mutacion/mutacion.htm
  • 26. -26- Ortiz, A., A. Bravo y R. Quintero. 1992. Aislamiento y caracterización de cepas de Bacillus thuringiensis nativas del estado de Morelos. Ciencia y Tecnología. México. 3: 45-49 Pescorán, M. 1998. Efecto del pH y temperatura sobre la producción de bioinsecticida por Bacillus thuringiensis en un medio de cultivo suplementado con "sanguaza”. Tesis para optar el titulo de Biólogo- Microbiólogo. Universidad Nacional de Trujillo. Perú. Polo, E. 1999. Efecto del cloruro de hidroxilamina en la producción de queratinasas por Bacillus polymyxa MIT-LVI, utilizando como sustrato plumas de aves. Tesis para optar el grado de Maestro en Ciencias. Universidad Nacional de Trujillo. Perú. Restrepo, N., D. Gutiérrez, M. Patirio, I. Thery, A. Delechuse y S. Orduz. 1997. Cloning expression and toxicity of a mosquitocidal toxin gene of Bacillus thuringiensis sub sp. Inst Oswaldo Cruz. 92(2): 125-128. Robles, H. 1995. Optimización de la producción de bioinsecticida por Bacillus thuringiensis. Tesis para optar el Grado de Maestro en Ciencias con mención en Microbiología Industrial y Biotecnología. Universidad Nacional de Trujillo. Perú.
  • 27. -27- Rodríguez, M., J. Bisset y P. Fernández. 2004. Resistencia a insecticidas en larvas y adultos de Aedes aegypti: prevalencia de la esterasa A4 asociada con la resistencia a temefos. Rev. Cubana. Med Trop. La Habana. Cuba. 56 (1): 54-60. Schnepf, H., N. Crickmore, J. Van Rie, J. Baum y J. Feitelson. 1998. Bacillus thuringiensis and it’s pesticidal crystal proteins. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 62: 775-806. Sokal, R. 1980. Introducción a la Bioestadística. Edit. Reverté S.A. Barcelona-España. pp: 510-612. Soto, N. 2003. Influencia de las aguas residuales de procesos de productos hidrobiológicos en la síntesis del bioinsecticida producido por Bacillus thuringiensis y su dosis letal sobre larvas de Culex sp “zancudo”. Tesis para optar el Grado de Maestro en Biotecnología y Bioingeniería. Universidad Nacional de Trujillo. Perú. Tyrell, D., B. Bulla, R. Andrews, L. Kramer, L. Davindson y R. Norden. 1981. Comparative biochemistry of entomocidal parasporal crystals of selected Bacillus thuringiensis strains. Journal of Bacteriology; 145 (2) : 1052-1062.
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