Войти
| Bacillus thuringiensis | |
|---|---|
 | |
| Споры и бипирамидные кристаллы штамма Bacillus thuringiensis morrisoni T08025 | |
| Научная классификация | |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Firmicutes |
| Класс: | Bacilli |
| Порядок: | Bacillales |
| Семейство: | Bacillaceae |
| Род: | Bacillus |
| Виды: | B. thuringiensis |
| Биномиальное название | |
| Bacillus thuringiensis . Berliner 1915 | |
Окраска по Граму Bacillus thuringiensis при 1000-кратном увеличении Bacillus thuringiensis (или Bt ) a грамположительные, обитающие в почве бактерии, обычно используемые в качестве биологических пестицидов. B. thuringiensis также встречается в природе в кишечнике гусениц различных типов бабочек и бабочек, а также на поверхности листьев, водной среде, фекалиях животных, насекомых. -богатая среда, мукомольные и зернохранилища. Также наблюдалось паразитирование других бабочек, таких как Cadra calidella - в лабораторных экспериментах с C. calidella многие бабочки были заражены этим паразитом.
Во время споруляции, многие штаммы Bt продуцируют кристаллические белки (белковые включения), называемые δ-эндотоксинами, которые обладают инсектицидным действием. Это привело к их использованию в качестве инсектицидов, а в последнее время для генетически модифицированных культур с использованием генов Bt, таких как кукуруза Bt. Однако многие штаммы Bt , продуцирующие кристаллы, не обладают инсектицидными свойствами. подвид israelensis обычно используется для борьбы с комарами и грибными мошками.
В 1902 году B. thuringiensis был впервые обнаружен у шелкопряда на японский инженер-шелководец Ишиватари Шигетане (石 渡 繁 胤). Он назвал его B. sotto, используя японское слово sottō (卒 倒, «коллапс»), имея в виду бактериальный паралич. В 1911 году немецкий микробиолог Эрнст Берлинер открыл его заново, когда выделил его как причину заболевания под названием Schlaffsucht у мучной моли гусениц в Тюрингии (отсюда специфическое название thuringiensis, «тюрингский»). Позднее B. sotto будет переименован в B. thuringiensis var. sotto.
В 1976 году Роберт А. Захарян сообщил о наличии плазмиды в штамме B. thuringiensis и предположил участие плазмиды в формировании эндоспор и кристаллов. B. thuringiensis тесно связан с B. cereus, почвенная бактерия, и B. сибирская язва, причина сибирской язвы ; эти три организма различаются главным образом своими плазмидами. Как и другие представители этого рода, все три являются аэробами, способными продуцировать эндоспоры.
. Долгое время считалось, что тубулин специфичен для эукариот. Однако недавно было показано, что несколько прокариотических белков связаны с тубулином.
Существует несколько десятков признанных подвидов B. thuringiensis. Подвиды, обычно используемые в качестве инсектицидов, включают B. thuringiensis подвид kurstaki (Btk), подвид israelensis (Bti) и подвид aizawa.
При споруляции B. thuringiensis образует кристаллы белкового инсектицидного δ-эндотоксина (называемых кристаллическими белками или Cry-белками), которые кодируются генами cry. У большинства штаммов B. thuringiensis гены cry расположены на плазмиде (cry не является хромосомным геном в большинстве штаммов).
Токсины Cry обладают специфической активностью против видов насекомых отряды Lepidoptera (мотыльки и бабочки), Diptera (мухи и комары), Coleoptera (жуки) и Hymenoptera (осы, пчелы, муравьи и пилильщики ), а также против нематод. Таким образом, B. thuringiensis служит важным резервуаром токсинов Cry для производства биологических инсектицидов и устойчивых к насекомым генетически модифицированных культур. Когда насекомые заглатывают кристаллы токсина, их щелочной пищеварительный тракт денатурирует нерастворимые кристаллы, делая их растворимыми и, таким образом, поддающимися обработке протеазами, обнаруженными в кишечнике насекомых, которые высвобождают токсин из кристаллов. Затем токсин Cry вводится в мембрану клеток кишечника насекомых, парализуя пищеварительный тракт и образуя поры. Насекомое перестает есть и умирает от голода; живые бактерии Bt также могут колонизировать насекомое, что может способствовать его смерти. Бактерии средней кишки восприимчивых личинок могут потребоваться для инсектицидной активности B. thuringiensis.
Было показано, что малая РНК, называемая BtsR1, может заглушить токсин Cry, когда вне хозяина, связываясь с сайтом RBS транскрипта токсина Cry5Ba и подавляя его экспрессию. Подавление звука приводит к увеличению поглощения C. elegans и облегчается внутри хозяина, что приводит к его гибели.
В 1996 году был открыт другой класс инсектицидных белков в Bt: вегетативные инсектицидные протеины (Vip; InterPro : IPR022180 ). Белки Vip не обладают гомологией последовательностей с белками Cry, в целом не конкурируют за одни и те же рецепторы, и некоторые убивают других насекомых, чем белки Cry.
В 2000 году новая подгруппа белка Cry, названная параспорином, был обнаружен из неинсектицидных изолятов B. thuringiensis. Белки группы параспоринов определены как B. thuringiensis и родственные бактериальные параспоральные белки, которые не являются гемолитическими, но способны преимущественно убивать раковые клетки. По состоянию на январь 2013 года параспорины включают шесть подсемейств: от PS1 до PS6.
Споры и кристаллические инсектицидные белки, продуцируемые B. thuringiensis, использовались для борьбы с насекомыми. вредители с 1920-х годов и часто применяются в виде жидких спреев. В настоящее время они используются как специфические инсектициды под торговыми марками, такими как DiPel и Thuricide. Из-за своей специфичности эти пестициды считаются экологически безвредными, практически не влияющими на людей, дикую природу, опылителей и большинство других полезных насекомые, используемые в органическом земледелии ; тем не менее, руководства по этим продуктам содержат множество предупреждений для окружающей среды и здоровья человека, и в 2012 году были обнаружены пять одобренных штаммов, проведенных европейскими регулирующими органами, и хотя существуют данные, подтверждающие некоторые заявления о низкой токсичности для человека и окружающей среды, этих данных недостаточно для оправдывают многие из этих утверждений.
Новые штаммы Bt разрабатываются и вводятся с течением времени по мере того, как насекомые развивают устойчивость к Bt, или возникает желание заставить мутации изменить характеристики организма или использовать гомологичные рекомбинантные генной инженерии для увеличения размера кристаллов и повышения пестицидной активности или расширения диапазона хозяев Bt и получения более эффективных составов. Каждому новому штамму присваивается уникальный номер и он регистрируется в Агентстве по охране окружающей среды США, и могут быть даны разрешения на генетическую модификацию в зависимости от «его родительских штаммов, предлагаемой схемы использования пестицидов, а также способа и степени генетической модификации организма». Составы Bt, одобренные для органического земледелия в США, перечислены на веб-сайте Института обзора органических материалов (OMRI), а несколько веб-сайтов университетов предлагают советы о том, как использовать споры Bt или белковые препараты в органическом сельском хозяйстве.
Бельгийская компания Plant Genetic Systems (ныне часть Bayer CropScience ) была первой компанией ( в 1985 г.) для создания генетически модифицированных культур (табака ), устойчивых к насекомым, путем экспрессии генов cry из B. thuringiensis; полученные в результате культуры содержат дельта-эндотоксин. Табак Bt никогда не продавался; растения табака используются для тестирования генетических модификаций, поскольку ими легко манипулировать генетически и они не входят в состав пищи.
Bt-токсины, присутствующие в листьях арахиса (нижняя тарелка), защищают его от обширного повреждения, вызванного незащищенные листья арахиса мелкими мотыльками личинками (верхнее блюдо). В 1995 г. растения картофеля, продуцирующие токсин CRY 3A Bt, были признаны безопасными Агентство по охране окружающей среды, что делает его первой культурой, производящей пестициды, модифицированной человеком, которая была одобрена в США, хотя многие растения производят пестициды естественным путем, включая табак, растения кофе, какао и черный орех. Это был картофель «New Leaf», который был снят с рынка в 2001 году из-за отсутствия интереса. Для текущих культур и посевных площадей, на которых они выращиваются, см. генетически модифицированные культуры.
В 1996 году была одобрена генетически модифицированная кукуруза, продуцирующая белок Bt Cry, который убил европейского мотылька кукурузы и родственных ему видов; были введены последующие гены Bt, которые убили личинки корневого червя кукурузы.
Гены Bt, сконструированные в сельскохозяйственных культурах и одобренные для выпуска, включают, по отдельности и вместе: Cry1A.105, CryIAb, CryIF, Cry2Ab, Cry3Bb1, Cry34Ab1, Cry35Ab1, mCry3A и VIP, а модифицированные культуры включают кукурузу и хлопок.
Генетически модифицированная кукуруза для производства VIP была впервые одобрена в США в 2010 году.
В Индии В 2014 году более семи миллионов фермеров, выращивающих хлопок, занимающих 26 миллионов акров земли, внедрили Bt-хлопок.
Monsanto разработала сою, экспрессирующую Cry1Ac и ген устойчивости к глифосату, для бразильского рынка. который завершил бразильский процесс регулирования в 2010 году.
Энтузиасты сельского хозяйства изучают устойчивую к насекомым трансгенную кукурузу Bt Использование Bt токсинов в качестве защитные вещества, содержащиеся в растениях, обусловили необходимость всесторонней оценки их безопасности для использования в пищевых продуктах и потенциального непреднамеренного воздействия на электронная среда.
Обеспокоенность по поводу безопасности потребления генетически модифицированных растительных материалов, содержащих Cry-белки, была рассмотрена в обширных исследованиях по оценке диетического риска. В то время как вредители-мишени подвергаются воздействию токсинов в основном через материал листьев и стеблей, белки Cry также экспрессируются в других частях растения, включая следовые количества в зернах кукурузы, которые в конечном итоге потребляются как людьми, так и животными.
Модели на животных использовались для оценки риска для здоровья человека от потребления продуктов, содержащих белки Cry. Агентство по охране окружающей среды США признает исследования острого перорального кормления мышей, в которых дозы до 5000 мг / кг веса тела не наблюдали побочных эффектов. Исследования других известных токсичных белков показывают, что токсичность проявляется при гораздо более низких дозах, что также свидетельствует о том, что токсины Bt не токсичны для млекопитающих. Результаты токсикологических исследований подкрепляются отсутствием наблюдаемой токсичности за десятилетия использования B. thuringiensis и его кристаллических белков в качестве инсектицидного спрея.
Введение нового белка высказал опасения относительно возможности аллергических реакций у чувствительных людей. Биоинформатический анализ известных аллергенов показал, что нет никаких опасений по поводу аллергических реакций в результате потребления токсинов Bt. Кроме того, кожный укол с использованием очищенного белка Bt не выявил детектируемого образования токсин-специфических антител IgE даже у атопических пациентов.
Были проведены исследования для оценки судьбы токсинов Bt, попадающих в организм с пищей. Было показано, что белки-токсины Bt перевариваются в течение нескольких минут после воздействия искусственных желудочных жидкостей. Нестабильность белков в пищеварительных жидкостях является дополнительным признаком того, что белки Cry вряд ли могут быть аллергенными, поскольку большинство известных пищевых аллергенов сопротивляются деградации и в конечном итоге всасываются в тонком кишечнике.
Оценка экологического риска направлена на отсутствие непреднамеренного воздействия на нецелевые организмы и загрязнения природных ресурсов в результате использования нового вещества, такого как использование Bt в генетически- модифицированные культуры. Воздействие токсинов Bt на среду, в которой выращиваются трансгенные растения, было оценено, чтобы гарантировать отсутствие неблагоприятных эффектов за пределами целевых вредителей сельскохозяйственных культур.
Обеспокоенность по поводу возможного воздействия на окружающую среду в результате накопления Были исследованы токсины Bt из тканей растений, распространение пыльцы и прямая секреция из корней. Токсины Bt могут сохраняться в почве более 200 дней с периодом полураспада от 1,6 до 22 дней. Большая часть токсина первоначально быстро разлагается микроорганизмами в окружающей среде, а часть адсорбируется органическими веществами и сохраняется дольше. Некоторые исследования, напротив, утверждают, что токсины не сохраняются в почве. Токсины Bt с меньшей вероятностью накапливаются в водоемах, но пыльца или почвенный сток может откладывать их в водной экосистеме. Виды рыб не восприимчивы к токсинам Bt при воздействии.
Токсичная природа белков Bt оказывает неблагоприятное воздействие на многих основных вредителей сельскохозяйственных культур, но оценки экологического риска были проведены для обеспечения безопасности полезных нецелевых организмов, которые могут контактировать с токсинами. Широко распространенные опасения по поводу токсичности чешуекрылых, не являющихся мишенями, таких как бабочка-монарх, были опровергнуты путем надлежащей характеристики воздействия, когда было установлено, что нецелевые организмы не подвергаются воздействию достаточно высоких количеств токсинов Bt. оказывать неблагоприятное воздействие на население. На обитающие в почве организмы, потенциально подверженные воздействию токсинов Bt через корневые экссудаты, не влияет рост Bt-культур.
Многие насекомые выработали устойчивость к B. thuringiensis. В ноябре 2009 г. ученые Monsanto обнаружили, что розовая совка стала устойчивой к Bt-хлопку первого поколения в некоторых частях Гуджарат, Индия - это поколение экспрессирует один ген Bt, Cry1Ac. Это был первый случай сопротивления Bt, подтвержденный Monsanto в любой точке мира. В ответ на это Monsanto представила хлопок второго поколения с множеством Bt-белков, который быстро получил распространение. Устойчивость Bollworm к Bt-хлопку первого поколения также была выявлена в Австралии, Китае, Испании и США. Кроме того, индийская мучная моль, обычный вредитель зерна, также развивает устойчивость, так как B. thuringiensis широко используется в качестве средства биологической борьбы с моли. Исследования петлителя капусты показали, что мутация в мембранном транспортере ABCC2 может придавать устойчивость к B. thuringiensis.
В нескольких исследованиях задокументированы всплески " сосущие вредители »(которые не подвержены воздействию токсинов Bt) в течение нескольких лет после внедрения Bt-хлопка. В Китае основная проблема была связана с миридами, которые в некоторых случаях «полностью сводили на нет все выгоды от выращивания Bt-хлопка». Увеличение количества сосущих насекомых зависело от местной температуры и условий осадков и увеличилось в половине исследованных деревень. Увеличение использования инсектицидов для борьбы с этими вторичными насекомыми было намного меньшим, чем сокращение общего использования инсектицидов из-за внедрения Bt-хлопка. Другое исследование, проведенное в пяти провинциях Китая, показало, что сокращение использования пестицидов в сортах Bt-хлопка значительно ниже, чем сообщалось в других исследованиях, что согласуется с гипотезой, выдвинутой недавними исследованиями о том, что со временем необходимо больше распылять пестициды для борьбы с появляющимися вторичными вредителями, такими как как тля, паутинный клещ и клопы Lygus.
Подобные проблемы были зарегистрированы в Индии, как с мучнистыми клопами, так и с тлей, хотя обследование небольших индийских ферм в период с 2002 по 2008 год показало, что Bt Cotton их внедрение привело к повышению урожайности и снижению использования пестицидов, что со временем сокращается.
Существуют разногласия по поводу ГМО на нескольких уровнях, включая вопрос о том, этично ли их производство, насколько продукты, произведенные с их помощью, безопасны, следует ли маркировать такие продукты питания, и если да, то как, нужны ли сельскохозяйственные биотехнологии для решения проблемы голода в мире сейчас или в будущем, и, в частности, для ГМ-культур - интеллектуальная собственность и динамика рынка; воздействие на окружающую среду ГМ-культур; и роль ГМ-культур в промышленном сельском хозяйстве в целом. Есть также проблемы, специфичные для трансгенных культур Bt.
Самая известная проблема, связанная с культурами Bt, - это утверждение, что пыльца кукурузы Bt может убить бабочку-монарх. Газета вызвала общественный резонанс и демонстрации против Bt кукурузы; однако к 2001 году несколько последующих исследований, координируемых Министерством сельского хозяйства США, подтвердили, что «наиболее распространенные типы пыльцы кукурузы Bt не токсичны для личинок монархов в концентрациях, с которыми насекомые могут столкнуться на полях». Точно так же B. thuringiensis широко использовался для борьбы с ростом личинок Spodoptera littoralis из-за их вредоносной деятельности в качестве вредителей в Африке и Южной Европе. Однако С. littoralis продемонстрировала устойчивость ко многим штаммам B. thuriginesis и эффективно контролировалась лишь несколькими штаммами.
В исследовании, опубликованном в Nature в 2001 году, сообщалось о Bt-содержащей кукурузе гены были обнаружены у кукурузы в центре ее происхождения, Оахака, Мексика. В 2002 году газета пришла к выводу, что «имеющихся доказательств недостаточно, чтобы оправдать публикацию оригинальной статьи». Значительные разногласия возникли по поводу статьи и беспрецедентного уведомления Природы.
Последующее крупномасштабное исследование в 2005 году не смогло найти никаких доказательств генетического смешения в Оахаке. Исследование 2007 года показало, что «трансгенные белки, экспрессируемые в кукурузе, были обнаружены в двух (0,96%) из 208 проб с фермерских полей, расположенных в двух (8%) из 25 обследованных общин». Мексика импортирует значительное количество кукурузы из США, и благодаря формальным и неформальным сетям семеноводства среди сельских фермеров существует множество потенциальных маршрутов попадания трансгенной кукурузы в пищевые и кормовые сети. Одно исследование обнаружило мелкомасштабное (около 1%) внедрение трансгенных последовательностей на полях выборки в Мексике; он не нашел доказательств за или против того, чтобы этот введенный генетический материал был унаследован следующим поколением растений. Это исследование было немедленно подвергнуто критике, и рецензент написал: «С генетической точки зрения любое данное растение должно быть либо нетрансгенным, либо трансгенным, поэтому для ткани листа одного трансгенного растения ожидается уровень ГМО, близкий к 100%. В их исследовании: авторы решили классифицировать образцы листьев как трансгенные, несмотря на уровни ГМО около 0,1%. Мы утверждаем, что такие результаты неправильно интерпретируются как положительные и с большей вероятностью указывают на заражение в лаборатории ».
С 2007 года новое явление, названное расстройством коллапса колонии (CCD), начало затрагивать пчелиные ульи по всей Северной Америке. Первоначальные предположения о возможных причинах включали появление новых паразитов, использование пестицидов и использование трансгенных культур Bt. Среднеатлантический консорциум по исследованиям и развитию пчеловодства не обнаружил никаких доказательств того, что пыльца Bt-культур отрицательно влияет на пчел. Согласно Министерству сельского хозяйства США, «генетически модифицированные (ГМ) культуры, чаще всего Bt-кукуруза, были предложены в качестве причины CCD. Но нет никакой корреляции между местом посева ГМ-культур и характером инцидентов CCD. Кроме того, ГМ-культуры широко выращивались с конца 1990-х годов, но CCD не появлялись до 2006 года. Кроме того, CCD были зарегистрированы в странах, которые не разрешают выращивать ГМ-культуры, таких как Швейцария. Немецкие исследователи отметили в одном исследовании возможную корреляцию между воздействием пыльцы Bt и нарушением иммунитета к Nosema ». Фактическая причина CCD была неизвестна в 2007 году, и ученые полагают, что она может иметь несколько отягчающих причин.
Некоторые изоляты B. thuringiensis производят класс небольших инсектицидных молекул, называемых бета - экзотоксин, обычное название которого - тюрингиенсин. В согласованном документе, подготовленном ОЭСР, говорится: «Известно, что бета-экзотоксины токсичны для человека и почти всех других форм жизни, и его присутствие запрещено в микробных продуктах B. thuringiensis». Тюрингиенсины являются аналогами нуклеозидов. Они подавляют активность РНК-полимеразы, процесс, общий для всех форм жизни, как у крыс, так и у бактерий.
овитрап собирает яйца из комары. Коричневые гранулы в воде - это B. т. israelensis препарат, убивающий вылупившихся личинок. 