Bacillus thuringiensis (Bt) je entomopatogena bakterija poznata po svojoj učinkovitosti u proizvodnji insekticidnih proteina koji su smrtonosni za nekoliko redova insekata kao što su Lepidoptera, kornjaši i komarci. Ovaj je organizam postao vitalni alat u biološkoj kontroli, nudeći ekološki prihvatljiviju i manje štetnu alternativu konvencionalnim kemijskim insekticidima.
Sve veća šteta za okoliš povezana s pretjeranom uporabom sintetičkih pesticida dovela je do ponovnog zanimanja 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 provedbi programa suzbijanja štetočina na terenu. Osim toga, postoje metode kao što su ekološki insekticidi koji nadopunjuju njegovu upotrebu.
Osim što je selektivni insekticid, Bt ima sposobnost stvaranja širokog spektra insekticidnih proteina koji napadaju samo usku skupinu organizama, minimizirajući mogućnost ozljeđivanja neciljanih vrsta, 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 kontroli 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. Istraživanje provedeno na institucijama kao što je Sveučilište u Valenciji pregledalo je mehanizme djelovanja najrelevantnijih insekticidnih proteina prisutnih u tim proizvodima, kao i upotrebu ekološki insekticidi u voćnjacima.
Bacillus thuringiensis Tijekom faze sporulacije proizvodi nekoliko kristalnih oblika koji sadrže proteine poznate kao "Cry" i "Cyt", dok se u vegetativnoj fazi stvaraju proteini zvani Vip. Ovi proteini igraju temeljnu ulogu u suzbijanju štetočina i izuzetno su specifični u svom djelovanju, budući da prvenstveno utječu na ličinke određenih insekata.
Iako je citolitički toksini Cyt Oni su malo proučavani i koriste se za suzbijanje dvokrilaca. Nasuprot tome, insekticidni proteini Cry i Vip najviše su proučavani zbog svoje visoke specifičnosti i učinkovitosti u kontroli štetnika.
Način djelovanja Bt proteina
Gutanje:
Prvi korak u mehanizmu djelovanja Bacillus thuringiensis je gutanje čestica po prijemljivim vrstama. Za razliku od drugih insekticida koji mogu djelovati kontaktom, Bt i njegovi proteini zahtijevaju gutanje da bi bili učinkoviti.
Solubilizacija:
Nakon što su proteini Cry progutani, sljedeći korak je njihov solubilizacija. Ovaj proces uključuje razgradnju kristalne strukture i otpuštanje protoksina. Solubilizacija je ključni čimbenik u specifičnosti Cry proteina, budući da je za odvijanje ovog procesa potrebno odgovarajuće crijevno okruženje, poput specifičnog pH. Istaknute su prednosti ove vrste bioinsekticida u primjeni insekticidi.
S druge strane, Vip proteini ne zahtijevaju ovaj korak, jer se izlučuju u topljivom obliku izravno iz bakterija.
Aktivacija:
Solubilizirani Cry protoksini i Vip protoksini obrađuju se endogeni enzimi proteaze u crijevnim tekućinama insekata, stvarajući aktivni toksin. Taj proces prvenstveno provode tripsini i kimotripsini, koji su najzastupljeniji enzimi u crijevima kukaca.
Istraživanja su pokazala da varijabilnost u osjetljivosti vrste može ovisiti o sposobnosti aktiviranja ovih toksina, što je ključni čimbenik za razvoj otpornosti kod insekata.
Prolazak kroz crijevnu membranu:
Nakon što se toksini aktiviraju, moraju proći kroz membrana srednjeg crijeva. Ova membrana je bogata hitinom i djeluje kao fizička barijera koja odvaja hranjivi sadržaj od epitelnih stanica. Iako pruža fizičku zaštitu, enzimi kitinaza, i endogeni i egzogeni iz Bt, mogu razgraditi hitin, ugrožavajući tako učinkovitost ovog zaštitnog mehanizma.
Interakcija sa srednjim crijevom
Nakon što prođu peritrofičnu membranu, proteini Cry i Vip stupaju u interakciju s membranom crijevne stanice, koji djeluju kao ciljne stanice za toksine. Identificiranje molekula koje se specifično vežu na te toksine bio je ključni izazov u istraživanju Bacillus thuringiensis u posljednjih nekoliko desetljeća. Postoje i druge alternative, kao npr kućni insekticidi za biljke, koji se mogu koristiti zajedno.
Eksperimentalni dokazi sugeriraju da su najmanje tri vrste membranski proteini 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 prihvaćen model za objašnjenje toksične aktivnosti Bt proteina temelji se na njihovoj sposobnosti stvaranja pore u membranama ciljnih stanica crijeva. Vezanje toksina na njihove specifične receptore rezultira stvaranjem strukture koja perforira staničnu membranu, uzrokujući gubitak cjelovitosti što dovodi do pucanja stanice i sepse. To omogućuje sporama i drugim patogenim bakterijama da uđu u sustav kukca, pridonoseći njegovoj konačnoj smrti.
Nakon što kukac umre, Bacillus thuringiensis ima koristi od ove niše, gdje se može razmnožavati i sporulirati, čime se osigurava njegovo širenje u okoliš. Ovaj način djelovanja ne samo da naglašava učinkovitost bioinsekticida, već također naglašava važnost Bacillus thuringiensis u biološkoj kontroli štetočina. Za učinkovitiju upotrebu, preporučljivo je znati više o insekticidi za biljke.
