پروتئین های حشره کشB.t و نحوه ی عمل آنها

مقدمه :

Bacillus thuringiensis یک باکتری بیماری زا در حشرات است که عنصر فعال برخی حشره کش ها را تشکیل می دهد.

این باکتری گرم مثبت و خاکزی به عرض 1.2-1 و طول 4-3 میکرون با اسپور نیمه انتهایی و بیضی شکل می باشد . این باکتری همزمان با تشکیل اسپور در داخل اسپورانژیوم تولید بلور های سمی (Cry=crystal) می کند . گونه ی B.thuringiensis متعلق به خانواده Bacillaceae می باشد .

این باکتری برای رشد به نور نیاز ندارد و از سلسله Prokaryotes می باشد (Bergg ، 1974( . این باکتری در بسیاری از محیط های کشت ساده ی آزمایشگاهی مانند محلول آبگوشت (Nutrient broth ) در شرایط هوازی ودر دمای بین 15 تا 40 درجه سانتی گراد ( اپتیمم 30 درجه سانتی گراد ) به راحتی رشد می کند .

این باکتری چندین توکسین تولید می کند که شامل :

1- آلفا اگزو توکسین : این سم علاوه بر حشرات برای موش و دیگر مهره داران سمی می باشد

2- بتا اگزوتوکسین : در برخی نژاد های این باکتری تولید شده وبر روی پستانداران عوارض عمده ای دارد.

3- گاما اگزو توکسین : این توکسین برای حشرات سمی نمی باشد .

4- دلتا اندو توکسین (Delta-endotoxin): در مرحله مرگ باکتری و تشکیل اسپور تشکیل می شود.

توکسین های آلفا اگزوتوکسین و بتا اگزوتوکسین علاوه بر حشرات، برای پستانداران مضر بوده و در نتیجه،امروزه از زیر گونه های Bacillus thuringiensis که این دو توکسین را تولید می کنند ، استفاده نمی شود . سومین توکسین نیز به دلیل عدم سمیت برای حشرات استفاده نمی شود .

امروزه در فراورده های تجاری B.t از استرین هایی از باکتری، که دلتا اندو توکسین تولید می نمایند ، استفاده می شود .

امروزه از B.t به دو طریق استفاده می شود :

1- تولید سموم میکروبی حشره کش : فرآورده های تجاری B.t به عنوان حشره کش میکروبی به صورت گرد یا پودر های وتابل قابل تعلیق در آب ارائه می شود و امروزه جزء پر مصرف ترین عوامل کنترل میکروبی حشرات به شمار می آید .

2 – تولید گیاهان B.t : این گیاهان حاوی ژن تولید کننده توکسین که از باکتری Bacillus thuringiensis بدست آمده است ، می باشد . این گیاهان خود قادر به تولید سم بوده و آفات حشره ای را که از این گیاهان تغذیه کنند ، از بین می روند . در این مطالعه ما به بررسی پروتئین های Cry حشره کش و همچنین نحوه ی عمل آنها می پردازیم .

ساختار و چگونگی تاثیر پروتئین های حشره کش B.t :

روده ی میانی عده ای از لارو ها ی حشرات، مانند بال پولک داران و برخی از دو بالان و قاب بالان، دارای محیط قلیایی بسیار بالایی است (PH= 10/2-10/15) ; در این شرایط(حداقل PH مورد نیاز8.9 می باشد) ،کریستال های سمی حل شده و توکسین لازم به وسیله ی آنزیم های تجزیه کننده پروتئین آزاد می شود و فرم فعال توکسین تولید می شود .

مطالعات بلورشناسی پروتئین های Cry نشان می دهد که این پروتئین دارای سه ناحیه ویژه می باشد . ناحیه I شامل هفت آلفا هلیکس که در فعل و انفعالات غشا و تشکیل منافذ نقش دارد ، ناحیه II از یک ستون سه گوش شامل سه بتا شیت که در اتصال سم به سلول های پوشش روده نقش دارد و ناحیه III شامل دو رشته ی آنتی پارالل بتا است که همانند ناحیه II در ثبات سم روی گیرنده و تنظیم کانال یونی نقش دارد . در روده ی حشر اتی که دارای شرایط قلیایی می باشند، سیگما اندو توکسین به فرم فعال خود یعنی دلتا اندو توکسین تبدیل شده و توسط ناحیه II به سطح سلول های پوششی روده وصل شده و توسط ناحیه I باعث ایجاد منافذی در غشای سلول شده که موجب اختلال یونی بین خون و روده می شود .

گونه های آلوده شده می توانند دو نوع عکس العمل متفاوت نسبت به توکسین از خود نشان دهند . در اکثر موارد بعد از تغذیه ، فلج سریع دستگاه گوارش در مدت یک ساعت یا کمی بیش از آن اتفاق می افتد و در نتیجه حشره دچار مرگ می شود . بسیاری از حشرات تنها به وسیله ی اثر کریستال سمی از بین می روند ، ولی در برخی موارد ، ترکیبی از اسپور و کریستال مورد نیا ز است و این ترکیب همیشه در فرمولاسیون ماده ی تجارتی سم ارائه می شود .

تصویر 1 – نحوه ی تاثیر توکسین در بدن لارو حشرات

تقسیم بندی پروتئین های Cry براساس خصوصیات حشره کشی و توالی اسیدهای آمینه آنها:

استرین های bacillus thuringiensisدو نوع توکسین تولید می نمایند. نوع اصلی، توکسین های Cry (کریستالین ) می باشد که بوسیله ژن های Cry کد می شود.نوع دوم توکسین Cyt (سیتولیتیک) می باشد که فعالیت توکسین های Cry را تکمیل کرده و موجب بالا بردن تاثیر توکسین می شوند.

بیش از150 توکسین Cry متفاوت تا کنون کلون شده است و برای سمیت روی گونه های حشرات مختلف آزمایش شده است . برای همسان سازی لیست در حال رشد توکسین ها ، آنها را با یک کد چهار حرفی بر اساس توالی اسید های آمینه و خصوصیات حشره کشی آنها تقسیم بندی می نمایند.