Bacillus thuringiensis

Промышленное значение

Уникальное свойство бактерий Bacillus thuringiensis - это образовывать кристаллический белковый инсектицидный эндотоксин (δ-эндотоксин). Образование термостабильного (𝛽-экзотоксина) повышает инсектицидное действие инсектицидов на основе Bacillus thuringiensis, поскольку он обладает овицидным и тератогенным действием на насекомых.

Специфичность действия Bacillus thuringiensis на гусениц чешуекрылых связана со спецификой их пищеварительной системы, имеет комбинацию рН, содержание солей и ферментов, необходимую для разложения и активации токсина бактерии.

Бактерии Bacillus thuringiensis безопасны для теплокровных и большинства холоднокровных животных, что позволяет использовать их для производства биологических средств для борьбы с вредными насекомыми. Многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых доказано, что экзотоксин, попадая во внешнюю среду, не накапливается, а быстро разрушается и инактивируется.

Отсутствие токсичности кристаллов для млекопитающих объясняется тем, что у млекопитающих первичное пищеварения белков проходит при низких показателях рН. Под действием желудочного фермента пепсина, для которого оптимальное значение рН равен 2, кристалл деградирует до нетоксичного соединения. Таким образом, белок-токсин оказывается токсичным только для узкой группы энтомофауны и совершенно безопасен для различных представителей зооценоза, человека и скорее всего не способствует формированию резистентных популяций энтомофагов.

Механизм действия

При попадании с листьями растений в организм гусениц (личинок) параспорального кристалла, который образуется при споруляции бактерий, он разлагается на субъединицы - протоксин (предшественник активного токсина), который активируется в кишечнике в условиях щелочной среды pH 7,5-8,0, и под действием протеолитических трипсино- и химотрипсиноподобных ферментов, превращается в активный токсин, который вызывает повреждения внутренней оболочки кишечника вредителя, в результате чего нарушается осмотическое равновесие, и приводит к утечке щелочного содержимого кишечника в полость тела насекомого, приводя к его общему параличу и септицемии.

Бактерии Bacillus thuringiensis проникают в гемолимфу, которая с её фагоцитарним и неспецифическим механизмом иммунитета уже не в состоянии подавлять размножение микроорганизмов, постоянно проникая в нее, в результате чего насекомое имеет подавленное состояние, перестает питаться и впоследствии умирает. При распадении тканей насекомое меняет цвет.

В отличие от белковой природы эндотоксина, экзотоксин менее специфичен, что объясняется различным механизмом их действия и может проникать через покровы насекомых. Действие 𝛽-экзотоксина проявляется в угнетении синтеза РНК и белков в клетках насекомых, что приводит к ухудшению метаморфозу вредителя и снижает плодовитость самок, а также задерживает линьки. Вызывает атрофию хоботка в чешуекрылых и исчезновение щупика нижней губы у колорадского жука (эти деформации могут передаваться по наследству). Массовая гибель вредителей происходит на 5-7 сутки. Наиболее высокая эффективность проявляется против открытоживущих вредителей личинок младших возрастов при температуре воздуха 18-30°С. В высоких концентрациях экзотоксин имеет овицидное действие.