Bacillus thuringiensis (Bt) je entomopatogenní bakterie uznávaná pro svou účinnost při produkci insekticidních proteinů, které jsou letální pro několik řádů hmyzu, jako jsou Lepidoptera, brouci a komáři. Tento organismus se stal zásadním nástrojem biologické kontroly a nabízí ekologičtější a méně škodlivou alternativu ke konvenčním chemickým insekticidům.
Rostoucí škody na životním prostředí spojené s nadměrným používáním syntetických pesticidů vedly k obnovení zájmu o vývoj a aplikaci biologických insekticidů, kde Bacillus thuringiensis vyniká jako jeden z nejvýraznějších. Jeho vysoká specifičnost působení a nízký dopad na životní prostředí z něj činí bioinsekticid volby, který je považován za nejúspěšnější při provádění programů kontroly škůdců v terénu. Kromě toho existují metody jako např ekologické insekticidy které doplňují jeho použití.
Kromě toho, že je Bt selektivním insekticidem, má schopnost vytvářet širokou škálu insekticidních proteinů, které napadají pouze úzkou skupinu organismů, čímž se minimalizuje možnost poškození necílových druhů, včetně užitečného hmyzu. Způsob, jakým tyto insekticidy fungují, závisí na kombinaci spór a krystalů z různých izolátů bakterií, které se prodávají v několika formulacích určených k hubení larev Lepidoptera, brouků a komárů.
Insekticidní proteiny z Bacillus Thuringiensis
Znalost způsobu působení Bacillus thuringiensis Je důležité pochopit, jak se může u hmyzu vyvinout rezistence, a zlepšit stávající insekticidní produkty. Výzkum prováděný na institucích, jako je Univerzita ve Valencii, přezkoumal mechanismy účinku nejdůležitějších insekticidních proteinů přítomných v těchto produktech, stejně jako použití ekologické insekticidy v sadech.
Bacillus thuringiensis Během sporulační fáze produkuje několik krystalických forem, které obsahují proteiny známé jako „Cry“ a „Cyt“, zatímco ve vegetativní fázi se generují proteiny zvané Vip. Tyto proteiny hrají zásadní roli při hubení škůdců a jsou pozoruhodně specifické ve svém působení, protože primárně ovlivňují larvy specifického hmyzu.
Přestože cytolytické toxiny Cyt Byli předmětem malého studia a používají se k hubení dvoukřídlých. Naproti tomu insekticidní proteiny Cry a Vip jsou nejvíce prozkoumané díky jejich vysoké specifitě a účinnosti při kontrole škůdců.
Způsob účinku Bt proteinů
Požití:
Prvním krokem v mechanismu účinku Bacillus thuringiensis je požití částic u vnímavých druhů. Na rozdíl od jiných insekticidů, které mohou působit kontaktně, Bt a jeho proteiny vyžadují, aby byly účinné.
Solubilizace:
Jakmile jsou proteiny Cry požity, následuje jejich další krok solubilizace. Tento proces zahrnuje rozpad krystalické struktury a uvolňování prototoxinů. Solubilizace je klíčovým faktorem specifičnosti Cry proteinů, protože pro tento proces je nutné vhodné střevní prostředí, jako je specifické pH. Výhody tohoto typu bioinsekticidů jsou zdůrazněny při použití insekticidy.
Na druhou stranu Vip proteiny tento krok nevyžadují, protože jsou vylučovány v rozpustné formě přímo z bakterií.
Aktivace:
Solubilizované Cry protoxiny a Vip protoxiny jsou zpracovávány endogenní proteázové enzymy ve střevních tekutinách hmyzu, produkující aktivní toxin. Tento proces provádějí především trypsiny a chymotrypsiny, které jsou nejhojnějšími enzymy ve střevech hmyzu.
Prokázal to výzkum variabilita v náchylnosti Počet druhů může záviset na schopnosti aktivovat tyto toxiny, což je zásadní faktor pro rozvoj rezistence u hmyzu.
Přechod přes střevní membránu:
Jakmile jsou toxiny aktivovány, musí projít skrz střední střevní membrána. Tato membrána je bohatá na chitin a působí jako fyzická bariéra oddělující nutriční obsah od epiteliálních buněk. I když poskytuje fyzickou ochranu, enzymy chitinázy, endogenní i exogenní z Bt, mohou degradovat chitin, a tak ohrozit účinnost tohoto ochranného mechanismu.
Interakce s Midgut
Po průchodu peritrofickou membránou proteiny Cry a Vip interagují s membránou membrány střevní buňky, které fungují jako cílové buňky pro toxiny. Identifikace molekul, které se specificky vážou na tyto toxiny, byla klíčovou výzvou ve výzkumu Bacillus thuringiensis v posledních několika desetiletích. Existují i další alternativy, jako např domácí insekticidy pro rostliny, které lze použít společně.
Experimentální důkazy naznačují, že nejméně tři typy membránové proteiny Mohou fungovat jako receptory pro Cry proteiny u hmyzu: aminopeptidázy N (APN), kadheriny a transportéry ABC. O potenciálních specifických receptorech pro Vip toxiny je však známo jen málo.
Smrt hmyzu a rozptýlení Bacillus Thuringiensis
Nejrozšířenější model pro vysvětlení toxické aktivity Bt proteinů je založen na jejich schopnosti tvořit se póry v membránách cílových buněk střeva. Vazba toxinů na jejich specifické receptory vede k vytvoření struktury, která perforuje buněčnou membránu, což způsobuje ztrátu integrity, která vede k prasknutí buňky a sepsi. To umožňuje spórám a dalším patogenním bakteriím vstoupit do systému hmyzu, což přispívá k jeho případné smrti.
Jakmile hmyz uhyne, Bacillus thuringiensis těží z tohoto výklenku, kde se může množit a sporulovat, čímž je zajištěno jeho rozptýlení do prostředí. Tento způsob působení nejen zdůrazňuje účinnost bioinsekticidu, ale také podtrhuje význam Bacillus thuringiensis v biologické kontrole škůdců. Pro efektivnější použití je vhodné vědět více o insekticidy pro rostliny.
