Bacillus thuringiensis (Bt) je entomopatogena bakterija poznata po svojoj djelotvornosti u proizvodnji insekticidnih proteina koji su smrtonosni za nekoliko redova insekata kao što su Lepidoptera, bube i komarci. Ovaj organizam je postao vitalno oruđe u biološkoj kontroli, nudeći ekološki prihvatljiviju i manje štetnu alternativu konvencionalnim hemijskim insekticidima.
Sve veća šteta po životnu sredinu povezana s prekomjernom upotrebom sintetičkih pesticida dovela je do ponovnog interesa za razvoj i primjenu bioloških insekticida, gdje Bacillus thuringiensis ističe se kao jedan od najistaknutijih. Njegova visoka specifičnost djelovanja i mali utjecaj na okoliš čine ga bioinsekticidom izbora, koji se smatra najuspješnijim u implementaciji programa kontrole štetočina na terenu. Osim toga, postoje metode kao npr ekološki insekticidi koji dopunjuju njegovu upotrebu.
Osim što je selektivan insekticid, Bt ima sposobnost generiranja širokog spektra insekticidnih proteina koji napadaju samo usku grupu organizama, minimizirajući potencijal za nanošenje štete neciljanim vrstama, uključujući korisne insekte. Način na koji ovi insekticidi djeluju ovisi o kombinaciji spora i kristala iz različitih izolata bakterija, koji se prodaju u više formulacija namijenjenih suzbijanju ličinki lepidoptera, kornjaša i komaraca.
Insekticidni proteini iz Bacillus Thuringiensis
Poznavanje načina djelovanja Bacillus thuringiensis Ključno je razumjeti kako se kod insekata može razviti otpornost i poboljšati postojeće insekticidne proizvode. Istraživanja provedena na institucijama kao što je Univerzitet u Valenciji pregledala su mehanizme djelovanja najrelevantnijih insekticidnih proteina prisutnih u ovim proizvodima, kao i korištenje ekološki insekticidi u voćnjacima.
Bacillus thuringiensis U fazi sporulacije proizvodi nekoliko kristalnih oblika koji sadrže proteine poznate kao "Cry" i "Cyt", dok se u vegetativnoj fazi stvaraju proteini pod nazivom Vip. Ovi proteini igraju osnovnu ulogu u kontroli štetočina i izuzetno su specifični u svom djelovanju, jer prvenstveno djeluju na larve određenih insekata.
Uprkos citolitički toksini Cyt Oni su bili predmet malo proučavanja i koriste se za kontrolu dvokrilaca. Nasuprot tome, insekticidni proteini Cry i Vip su najviše proučavani zbog njihove visoke specifičnosti i efikasnosti u kontroli štetočina.
Način djelovanja Bt proteina
Gutanje:
Prvi korak u mehanizmu djelovanja Bacillus thuringiensis je gutanje čestica prema prijemčivim vrstama. Za razliku od drugih insekticida koji mogu djelovati kontaktom, Bt i njegovi proteini zahtijevaju gutanje da bi bili efikasni.
solubilizacija:
Nakon što su Cry proteini uneseni, sljedeći korak je njihov solubilizacija. Ovaj proces uključuje razgradnju kristalne strukture i oslobađanje protoksina. Solubilizacija je ključni faktor u specifičnosti Cry proteina, budući da je potrebno odgovarajuće crijevno okruženje, kao što je specifičan pH, da bi se ovaj proces odvijao. Prednosti ove vrste bioinsekticida su istaknute u upotrebi insekticidi.
S druge strane, Vip proteini ne zahtevaju ovaj korak, jer se izlučuju u rastvorljivom obliku direktno iz bakterija.
Aktivacija:
Solubilizirani Cry protoksini i Vip protoksini se obrađuju enzimi endogene proteaze u crijevnim tekućinama insekata, proizvodeći aktivni toksin. Ovaj proces prvenstveno provode tripsini i kimotripsini, koji su najzastupljeniji enzimi u crijevima insekata.
Istraživanja su to pokazala varijabilnost u osjetljivosti vrsta može ovisiti o sposobnosti aktiviranja ovih toksina, ključnog faktora za razvoj otpornosti insekata.
Prelazak kroz crijevnu membranu:
Jednom kada se toksini aktiviraju, moraju proći kroz membrana srednjeg creva. Ova membrana je bogata hitinom i djeluje kao fizička barijera koja odvaja nutritivni sadržaj od epitelnih stanica. Iako pruža fizičku zaštitu, enzimi hitinaze, i endogeni i egzogeni iz Bt, mogu razgraditi hitin, kompromitujući efikasnost ovog zaštitnog mehanizma.
Interakcija sa srednjim crijevom
Nakon prolaska peritrofične membrane, Cry i Vip proteini stupaju u interakciju sa membranom crijevne ćelije, koje djeluju kao ciljne ćelije za toksine. Identificiranje molekula koji se specifično vezuju za ove toksine bio je ključni izazov u istraživanju Bacillus thuringiensis u posljednjih nekoliko decenija. Postoje i druge alternative, kao npr domaći insekticidi za biljke, koji se mogu koristiti zajedno.
Eksperimentalni dokazi sugeriraju da najmanje tri vrste membranskih proteina Oni mogu funkcionirati kao receptori za Cry proteine kod insekata: aminopeptidaze N (APN), kadherine i ABC transportere. Međutim, malo se zna o potencijalnim specifičnim receptorima za Vip toksine.
Smrt insekata i širenje Bacillus Thuringiensis
Najšire prihvaćeni model za objašnjenje toksične aktivnosti Bt proteina temelji se na njihovoj sposobnosti formiranja pore u membranama ciljnih ćelija creva. Vezivanje toksina na njihove specifične receptore rezultira stvaranjem strukture koja perforira ćelijsku membranu, uzrokujući gubitak integriteta koji dovodi do rupture ćelije i sepse. Ovo omogućava sporama i drugim patogenim bakterijama da uđu u sistem insekata, doprinoseći njegovoj konačnoj smrti.
Nakon što insekt ugine, Bacillus thuringiensis ima koristi od ove niše, gdje se može razmnožavati i sporulirati, osiguravajući tako svoju disperziju u okoliš. Ovaj način djelovanja ne samo da ističe djelotvornost bioinsekticida, već i naglašava važnost Bacillus thuringiensis u biološkoj kontroli štetočina. Za efikasniju upotrebu, preporučljivo je znati više o tome insekticidi za biljke.
