Diseño, modelado y optimización de un proceso integrado de producción de un doble insecticida biológico viral-bacteriano

Abstract

Anticarsia gemmatalis Hübner (Lepidoptera: Noctuidae), una de las principales plagas de los cultivos de soja, puede ser controlada mediante la utilización de insecticidas de origen biológico. Entre ellos, se encuentran el virus de la poliedrosis nuclear múltiple de Anticarsia gemmatalis (AgMNPV) y las entomotoxinas producidas por la bacteria Bacillus thuringiensis var. kurstaki (Btk). A pesar de sus innegables ventajas ambientales, la aceptación de estos plaguicidas, y la expansión de su aplicación, están condicionadas por sus propiedades insecticidas menos notables que las de los pesticidas químicos y, por otro lado, por una relación actividad/precio menos ventajosa. Con el objetivo de contribuir a superar estas limitaciones, se propuso estudiar la factibilidad de desarrollar un proceso combinado para obtener un co-producto constituido por ambos bio-insecticidas. Con tal fin se desarrolló una estrategia experimental en cuatro etapas: establecimiento del sistema de cultivo de la línea celular saUFL-AG-286 en frascos con agitación orbital; estudio de la influencia de las condiciones de infección, modelado y optimización de la producción del insecticida viral; escalado de la producción viral en reactores de diseño estándar; y estudio de la factibilidad de obtención del co-producto viral bacteriano. En nuestro conocimiento, esta es la primera descripción de un proceso que permite producir dos insecticidas biológicos en una misma fermentación, y es también la primera descripción de un proceso que combina, en un mismo reactor, la multiplicación de un virus y la propagación de una bacteria. Estos resultados pueden constituir un aporte al desarrollo de procesos fermentativos económicamente factibles de producción de agentes bio-insecticidas.

Anticarsia gemmatalis Hübner (Lepidoptera: Noctuidae), a major pest of soybean crops, can be controlled by using insecticides of biological origin. Two of the bio-insecticides used for this purpose are the Anticarsia gemmatalis multicapsid nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) and the entomotoxins produced by the bacterium Bacillus thuringiensis var. kurstaki (Btk). Despite its undeniable environmental advantages, acceptance of these pesticides, and the expansion of its application are conditioned by two main factors: its insecticidal properties are less remarkable than those that characterize the chemical pesticides and, moreover, exhibit a less advantageous activity/price relationship. In order to help overcome these limitations, it was proposed to study the feasibility of developing a combined process to obtain a co-product consisting of two bio-insecticides, AgMNPV and Btk. To this end, a four steps experimental strategy was developed: establishment of a suspension culture system for the cell line saUFL-AG-286 in flasks with orbital shaking; study of the influence of the conditions of infection, modelling and optimization of AgMNPV production in suspension cultures of saUFL-AG-286 cells; scaling-up of viral production in standard bio-reactors; and evaluation of the feasibility to obtain the viral-bacterial co-product. To our knowledge, this is the first description of a process that can produce two biological insecticides in the same fermentation, and is also the first description of a process that combines, in the same reactor, the multiplication of a virus in cultures of a eukaryotic cell line and the propagation of a bacterium. These results can make a contribution to the development of economically feasible processes for production of bioinsecticide agents.