Дельта-эндотоксины ( δ-эндотоксины ) — это семейство порообразующих токсинов, вырабатываемых бактериями вида Bacillus thuringiensis . Они полезны своим инсектицидным действием и являются основным токсином, вырабатываемым генетически модифицированной (ГМ) кукурузой Bt и другими ГМ-культурами. Во время спорообразования бактерии производят кристаллы таких белков (отсюда и название Cry- токсины), которые также известны как параспоральные тельца , рядом с эндоспорами ; в результате некоторые члены известны как параспорины . Группа токсинов Cyt (цитолитических) — это еще одна группа дельта-эндотоксинов, образующихся в цитоплазме. Токсины VIP (вегетативные инсектицидные белки) образуются на других стадиях жизненного цикла. [2]
Когда насекомое проглатывает эти белки, они активируются протеолитическим расщеплением. N-конец расщепляется во всех белках, а C-концевое расширение расщепляется в некоторых членах. После активации эндотоксин связывается с эпителием кишечника и вызывает лизис клеток путем образования катион-селективных каналов , что приводит к смерти. [3] [1]
В течение многих лет не было ясности относительно связи между аминопептидазой N и токсинами Bt. Хотя AP-N связывает белки Cry in vitro [4] (обзор Soberón et al. 2009 [5] и Pigott & Ellar 2007 [6] ), [7] не было известно ни одного случая резистентности — или даже снижения связывания in vitro — из-за изменения структуры AP-N до 2002 года, и были некоторые сомнения в том, что механизм резистентности был настолько прямолинейным. Действительно, Luo et al. 1997, Mohammed et al. 1996 и Zhu et al. 2000 определенно обнаружили, что этого не происходит у представителей Lepidoptera. [4] Однако впоследствии Herrero et al. 2005 показали корреляцию между отсутствием экспрессии и резистентностью Bt, [7] а фактическая резистентность была обнаружена у Helicoverpa armigera Чжаном и др. 2009, [7] [8] в Ostrinia nubilalis по Khajuria et al. 2011, и в Trichoplusia ni по Baxter et al. 2011 и Tiewsiri & Wang 2011 (также все Lepidoptera). [7] Продолжают поступать подтверждения того, что AP-N сами по себе не влияют на устойчивость в некоторых случаях, возможно, из-за последовательного связывания токсином, необходимого для создания его эффекта. В этой последовательности каждый шаг связывания теоретически не является обязательным, но если он происходит, то вносит вклад в конечный результат образования пор. [8]
Активированная область дельта-токсина состоит из трех отдельных структурных доменов : домена спирального пучка N-конца ( InterPro : IPR005639 ), участвующего в вставке в мембрану и образовании пор; центрального домена бета-слоя, участвующего в связывании рецептора; и домена бета-сэндвича C-конца ( InterPro : IPR005638 ), который взаимодействует с доменом N-конца, образуя канал. [1] [3]
B. thuringiensis кодирует множество белков семейства дельта-эндотоксинов ( InterPro : IPR038979 ), причем некоторые штаммы кодируют несколько типов одновременно. [9] Ген, в основном встречающийся на плазмидах, [10] дельта-энтотоксины иногда обнаруживаются в геномах других видов, хотя и в меньшей пропорции, чем те, которые обнаружены у B. thuringiensis . [11] Названия генов выглядят как Cry3Bb, что в данном случае указывает на токсин Cry надсемейства 3 семейства B подсемейства b. [12]
Cry- белки, представляющие интерес для исследований рака, перечислены в номенклатуре параспоринов (PS) в дополнение к номенклатуре Cry. Они не убивают насекомых, а вместо этого убивают лейкозные клетки. [13] [14] [15] Токсины Cyt, как правило, образуют свою собственную группу, отличную от токсинов Cry. [16] Не все токсины Cry — кристаллической формы — напрямую имеют общий корень. [17] Примеры нетрехдоменных токсинов, которые тем не менее имеют название Cry, включают Cry34/35Ab1 и родственные бета-сэндвичевые бинарные ( Bin -подобные) токсины, Cry6Aa и многие бета-сэндвичевые параспорины. [18]
Конкретные дельта-эндотоксины, которые были введены с помощью генной инженерии, включают Cry3Bb1, обнаруженный в MON 863 , и Cry1Ab, обнаруженный в MON 810 , оба из которых являются сортами кукурузы/маиса. Cry3Bb1 особенно полезен, поскольку он убивает жесткокрылых насекомых, таких как кукурузный жук-корневой червь , активность, не наблюдаемая у других белков Cry. [1] Другие распространенные токсины включают Cry2Ab и Cry1F в хлопке и кукурузе/кукурузе . [19] Кроме того, Cry1Ac эффективен в качестве адъюванта вакцины для людей. [20]
Некоторые популяции насекомых начали вырабатывать устойчивость к дельта-эндотоксину, и по состоянию на 2013 год было обнаружено пять устойчивых видов. Растения с двумя видами дельта-эндотоксинов, как правило, вызывают более медленное развитие устойчивости, поскольку насекомым приходится эволюционировать, чтобы преодолеть оба токсина одновременно. Посадка не-Bt-растений с устойчивыми растениями снизит давление отбора для развития токсина. Наконец, растения с двумя токсинами не следует высаживать с растениями с одним токсином, поскольку растения с одним токсином в этом случае служат ступенькой для адаптации. [19]
При споруляции
B. thuringiensis
образует белковые инсектицидные δ-эндотоксины либо в кристаллах (Cry-токсины), либо цитоплазматически (Cyt-токсины), которые кодируются генами cry или cyt соответственно. Когда насекомые проглатывают кристаллы токсина, ферменты в их пищеварительном тракте вызывают активацию токсина. Токсин связывается с мембранами кишечника насекомого, образуя пору, которая приводит к набуханию, лизису клеток и в конечном итоге гибели насекомого.
B. thuringiensis
также вырабатывает инсектицидные белки на других стадиях своего жизненного цикла, в частности вегетативные инсектицидные белки (VIP).