Bacillus thuringiensis

Bacillus thuringiensis Popis tohoto obrázku, také komentován níže Gramovo barvení z Bacillus thuringiensis
při 1000 násobném zvětšení Klasifikace
Panování Bakterie
Větev Firmicutes
Třída Bacilli
Objednat Bacillales
Rodina Bacillaceae
Druh Bacil

Druh

Bacillus thuringiensis
Berliner , 1915

Bacillus thuringiensis (často zkráceně Bt ) je druh bakterie používaný pro své insekticidní vlastnosti. Je to bacil grampozitivní , aerobní volitelný, všudypřítomný a spór. V malých množstvích je zjištěno téměř ve všech půdách , jejichž vody se vzduch a listy z rostlin . Je součástí souboru šesti bacilů zvaných „skupina Bacillus cereus  “: B. anthracis (odpovědný za antrax ), B. cereus , B. mycoides , B. pseudomycoides , B. weihenstephanensis a B. thuringiensis .

Bacillus thuringiensis byl izolován v roce 1901 japonským bakteriologem S. Ishiwata z bource morušového , které může infikovat a zabíjet, ale jeho první vědecký popis má na svědomí Němec Ernst Berliner v roce 1911 .

Zkratka Bt také často označuje pesticidů molekulu (insekticid, akaricid, atd), někdy nazývaný thuringiensine z tohoto bakterií (nebo příbuzných bakterií, jako je Bacillus sphaericus ), nebo dokonce produkovány genetickým inženýrstvím podle rostlinami ( GMO ), ve kterém byly některé fragmenty z genomu této bakterie byly zavedeny. V roce 2006 byl Bt nejpoužívanějším biopesticidem (jako bio-insekticid ) s více než 90% trhu s bioinsekticidy, ale pouze sotva 2% globálního trhu s insekticidy (Fargues a Bourguet 2005). To je také produkován transgenních rostlin , bez účinku na určité druhy z hmyzu , které se staly rezistentní na ni nebo více nebo méně dobře v určitých případech.

Bakterie

Popis

Ve vegetativním stavu má bacil Bacillus thuringiensis tvar tyče dlouhé 5  µm a široké 1  µm opatřené bičíky .
Od ostatních bacilů skupiny cereus se liší svou schopností syntetizovat a vylučovat 8-endotoxiny, které jsou krystaly (Cri) smrtelně toxické pro určitý hmyz a bezobratlé. Tyto krystaly nejsou minerály, ale protein (vytvořený spojením několika proteinů, které společně mají insekticidní vlastnosti na larvách Lepidoptera , Coleoptera a / nebo Diptera ). Fungují tak, že ničí buňky středního střeva larvy hmyzu postižené těmito toxiny, což má za následek smrt hmyzu, který pak může být konzumován bacilem.
V současné době víme více než 14 genů kódujících tyto proteiny, které biochemici nazývají „Cri“ (pro krystalický protein ).

Endotoxiny produkované Bacillus thuringiensis

Bakterie syntetizuje δ-endotoxiny v době své sporulace.
Jedná se o inkluze krystalů, které pak mohou tvořit 20 až 30% suché hmotnosti buněk spór. V zásadě se skládají z:

Použití

Entomotoxické vlastnosti Bacillus thuringiensis vzbudily zemědělský, lesnický a komerční zájem ve 20. letech 20. století (pokusy o biologickou kontrolu prováděné v Maďarsku) a ve 30. letech 20. století (v Jugoslávii) za účelem hubení hmyzu (zejména Lepidoptera). Tento zájem byl obnoven - a to mnohem výrazněji - na konci XX -tého  století s rozvojem genetického inženýrství a ekologického zemědělství .

První aplikace Bacillus thuringiensis v životním prostředí sahají do roku 1933 .
Poté se používala již v 50. letech 20. století v lesích , na polích a ve vinicích .
Až do poloviny -1970s , jeho hlavní aplikace byl boj proti motýlích defoliators v lesích a některých parazitických motýlů z polních plodin, zejména kukuřice .
V roce 1976 , objev dvou sérotypů zvaných israelensis ( „BTI“) a tenebrionis (Btt) otevřely nové trhy, a to díky larvicidní akci na komáři , muchničkami a brouků.

Dnes je bakterie Bacillus thuringiensis nejpoužívanějším insekticidem na světě v ekologickém zemědělství .
Pokud je tento produkt přírodního původu, je povolen v ekologickém zemědělství ve formě prášku.

Toxin Bacillus thuringiensis (Bt) se také používá v GMO ( Bt kukuřice, Bt bavlna atd.), Což umožnilo nahradit chemické insekticidy v široké škále plodin, i když kmeny škůdců v plodinách, které se staly rezistentními vůči Bt, jsou začíná být problém.

Používá se zejména k dezinsekci Camargue ve Francii.

Výhody a nevýhody

Toxicita

Toxicita čistého Bt pro teplokrevná zvířata není nulová.
Tak, inhalačních čistí thuringiensine vykazuje významné plicní toxicitu u laboratorních potkanů ( Sprague-Dawley kmen , ošetřené pomocí intratracheální instilaci) s 0; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,4 a 9,6 l mg thuringiensinu na kg tělesné hmotnosti. Akutní plicní LD50 je 4,4 mg / kg. A počet zánětlivých buněk a množství laktátdehydrogenázy (LDH) v bronchoalveolární laváži (BAL) se zvyšuje „na dávce závislým“ způsobem.
Při účinné dávce 1,6 mg / kg, která byla zachována pro studium časového vývoje plicní toxicity, se u ošetřených potkanů ​​zvýšila hmotnost plic , stejně jako hladina plicního hydroxyprolinu a celkový počet plic. LBA 2, 4, 7, 14, 28 a 56 dní po léčbě. Ve srovnání s kontrolami se hladiny celkového proteinu AML zvýšily o 361, 615, 116, 41, 34 a 41% po 2, 4, 7, 14, 28 a 56 dnech. Aktivita enzymu LDH v LBA vykázala významné zvýšení po 1, 2, 4, 7, 14, 28 a 56 dnech a hladina fibronektinu se zvýšila o 164, 552, 490, 769, 335, 257 a 61%, ale ani faktor nekrózy nádorů, ani interleukin-1 se nezvýšily. Histologie ošetřených potkanů ​​byla abnormální (s bronchiolitickým zánětem a alveolemi, po nichž následovala nekróza buněk v průduškách 1. a 2. den, s oblastmi zesílení septa, infiltrací buněk a depozicí kolagenu v alveolárních a střevních prostorách během dnů 4 až 5 6 Vyčištěný thuringiensin proto vykazuje plicní toxicitu u potkanů ​​a zdá se, že se na něm podílí oxidační stres. Thuringiensin může také negativně působit na adenylátcyklázu v mozku krysy.

Stupeň perzistence ve vzduchu, vodě, půdě

Na konci 70. let se ukázalo, že thuringiensin (neboli tzv. Bt toxiny ) je krystalický protein velmi citlivý na sluneční ultrafialové paprsky, které jej rychle degradují.

Je také velmi nestabilní ve vodné fázi a jeho poločas se snižuje s rostoucí teplotou. Bt použitý při postřiku má tedy tu výhodu, že má malý zbytkový obsah na listech (trochu více v půdě), s nevýhodou, že je aktivní po kratší dobu.

Avšak biotechnologický průmysl vytvořil takzvané „Bt“ transgenní rostliny , tj. Upravené přidáním jednoho nebo více genů kódujících insekticidní toxin (Cry1Ab) Bacillus thuringiensis .
Tyto rostliny jej produkují ve svých vzdušných tkáních (listech a stoncích), ve svém pylu , ale také ve výpotcích kořenové sféry ( rhizosféry ), ze kterých se Bt mohla v půdě akumulovat déle (studie z roku 2002 ji nenašla v půdě transgenních plodin bavlny, ale molekula může být silně adsorbována na jíl.
Podle N Helassa (2008) je adsorpce toxinu na půdní jíly interakcí s nízkou afinitou, silně závislou na pH, ale obtížně reverzibilní (podle testů provádí na montmorillonitu ). v jílovité půdě, se mobilita proteinu pak závisí na erozi, koloidní dopravy a stupeň bioturbation půdy concerned.Moreover práce na přetrvávání Bt toxinu v půdě k závěru, že (v podmínky této studie) více než 50% imunoreaktivity toxinu bylo ztraceno za méně než 7 dní; degradace se neobjevuje být způsoben mikroby: „toxin není degradován, ale spíše inaktivován změnami konformací po jeho interakci s půdními složkami“ . Studie (v terénu a v laboratoři) mají za cíl zlepšit porozumění jevům adsorpce / desorpce proteinu Bt v půdě.

Rizika spojená s perzistencí nebo cirkulací transgenu v životním prostředí

Míra rizika je diskutována a dosud o tom neexistuje vědecká shoda.

Perzistence a dopady na ekosystémy

Riziko odporu

Případy rezistence (dokonce i silné rezistence) již byly zdokumentovány, mimo jiné u kousání komárů a hmyzu, které představují problém pro plodiny.

Poznámky a odkazy

  1. Model: Cytuj pismo
  2. Agaisse H. a Lereclus D. (1995). Jak Bacillus thuringiensis produkuje tolik insekticidního krystalického proteinu? J Bacteriol 177: 6027-6032
  3. Baum JA a Malvar T. (1995). Regulace produkce proteinu insekticidních krystalů u Bacillus thuringiensis . Molecular Microb iology 18: 1-12
  4. Parker MW & Feil SC (2005) Póry pro toxiny mingových proteinů: od struktury k funkci . Pokrok v biofyzice a molekulární biologii 88: 91-142.
  5. Guereca L. & Bravo A. (1999) Oligomerní stav Bacillus thuringiensis Cry toxiny v roztoku . Biochimica and Biophysica Acta (BBA) 1429: 342-350.
  6. chnepf E., Crickmore N., Van Rie J., Lere clus D., Baum J., Feitelson J., Zeigler DR a Dean DH 1998. Bacillus thuringiensis a jeho pesticidní krystalické proteiny. Recenze o mikrobiologii a molekulární biologii 62: 775-806
  7. Beegle CC a Yamamoto T (1992) Historie výzkumu a vývoje berlínského druhu Bacillus thuringiensis . Canadian Entomologist 124: 587-616.
  8. Feitelson JS, Payne J. a Kim L. 1992. Bacillus thuringiensis - hmyz i mimo něj. Bio-Technology 10: 271-275.
  9. http://guidenaturabio.com/nature_bio_jardin_84.html
  10. http://www.fao.org/biotech/biotech-glossary/fr/
  11. (in) Karl HJ Gordon a Peter M Waterhouse , „  RNAi pro rostliny odolné proti hmyzu  “ , Nature Biotechnology , sv.  25, n o  11,1 st 11. 2007( číst online , konzultováno 6. dubna 2017 )
  12. Ghislain de Montalembert, „  Jak válka na jihu Francie vede proti komárům  “, Le Figaro ,17. července 2020( číst online , konzultováno 21. září 2020 ).
  13. San-Fu Tsaia, Bing-Lan Liu, Jiunn-Wang Liao, Jiunn-Shiow Wang, Jenn-Sheng Hwang, Shun-Cheng Wang, Yew-Min Tzeng, Shu-Peng Ho (2003), Plicní toxicita thuringiensinu podávaného intratracheálně potkanům Sprague - Dawley  ; Svazek 186, 3. vydání, 22. dubna 2003, strany 205–216 ( abstrakt )
  14. San-Fu Tsai, Chi Yang, Bing-Lan Liu, Jenn-Sheng Hwang, Shu-Peng Ho (2006) Role oxidačního stresu v plicní toxicitě vyvolané thuringiensinem  ; Toxicology and Applied Pharmacology, svazek 216, vydání 2, 15. října 2006, strany 347-353 ( abstrakt )
  15. San-Fu Tsai, Chi Yang, Shun-Cheng Wang, Jiunn-Shiow Wang, Jenn-Sheng Hwang, Shu-Peng Ho (2004), Vliv thuringiensinu na adenylátcyklázu v mozkové kůře potkana  ; Toxicology and Applied Pharmacology, svazek 194, číslo 1, 1. ledna 2004, strany 34-40 ( abstrakt )
  16. Griego VM & Spence KD (1978). Inaktivace spor Bacillus thuringiensis ultrafialovým a viditelným světlem . Aplikovaná a environmentální mikrobiologie 35: 906-910.
  17. Jingwen Zhou, Zhenghong Xu, Shouwen Chen (2013), Simulace a predikce procesů abiotické degradace thuringiensinu ve vodném roztoku pomocí modelu neuronové sítě na bázi poloměru  ; Chemosphere, svazek 91, 201304-04, strany 442-447 ( abstrakt )
  18. Head G., Surber JB, Watson JA, Martin JW a Duan JJ (2002) Žádná detekce proteinu Cry1Ac v půdě po několika letech používání transgenní Bt bavlny (Bollgard) . Entomologie prostředí 31: 30-36
  19. Nordine Helassa (2008) Osud insekticidního proteinu Cry1Aa z Bacillus thuringiensis (Bt) v půdě . Biochemie [q-bio.BM]. National Higher Agronomic School of Montpellier (Montpellier SupAgro), francouzsky. <tel-00570169>
  20. Mokřady Info č. 92-93, 2016. B. Poulin, „Dopady durynského bacilu na životní prostředí“ u komárů v mokřadech, bodavý předmět
  21. Výskyt a perzistence Bacillus thuringiensis (Bt) a transgenního genu cry1Ab kukuřice Bt z vodního prostředí Přístup ke studii , Douville M, Gagné F, Blaise C, André C, Ecotoxicol Environ Saf. 2007 Únor; 66 (2): 195-203. Epub 2006 24. února, PMID 16499967 , PubMed - indexováno pro MEDLINE
  22. Duchet C, Tetreau G, Albane M, Rey D, Besnard G, Perrin Y, Paříž M, David JP, Lagneau C & L. Despres L. (2014). Perzistence a recyklace bioinsekticidního Bacillus thuringiensis subsp. výtrusy izraelensis v kontrastních prostředích: důkazy z monitorování v terénu a laboratorních experimentů . Microbial Ecology 67: 576-586.
  23. Poulin B, Després L & Lefebvre G. 2016. Část VI: Perzistence Bti v životním prostředí. Pp. 41-51, Poulin B (ed.) Závěrečná zpráva o ročním vědeckém monitorování prováděném v roce 2015 souběžně s kontrolními operacemi komárů Bti na okraji regionálního přírodního parku Camargue. Zpráva předložená PNRC, 118 stran.
  24. Tétreau G, Alessi M, Veyrenc S, S Périgon David JP, Reynaud S, Despres L. 2012. Osud Bacillus thuringiensis subsp. israelensis v terénu: Důkazy o recyklaci spór a diferenciální perzistenci toxinů v listovém vrhu. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie 78: 8362-8367.
  25. Tilquin M, Paris M, Reynaud S, Despres L, Ravanel P, Geremia RA, Gury J. 2008. Dlouhodobá perzistence Bacillus thuringiensis Subsp. israelensis Bti v přirozeném prostředí pro komáry. PLoS ONE 310: e3432. doi: 10,1371 / journal.pone.0003432.
  26. Griffiths BS, Caul S., Thompson J., Birc h ANE, Scrimgeour C., Cortet J., Foggo A., Hackett CA a Krogh PH 2006. Půdní mikrobiální a faunální komunitní reakce na Bt kukuřici a insekticid ve dvou půdách . Jo urnal of Environmenta l Quality 35: 734-741
  27. Boisvert M & Boisvert J. (2000). Účinky Bacillus thuringiensis var. izraelensis na cílové a necílené organismy: přehled laboratorních a polních experimentů. Biocontrol Science and Technology 10: 517-561.
  28. „Toxiny ve vedlejších produktech transgenních plodin mohou ovlivňovat ekosystémy horních toků, ve sborníku Národní akademie věd“, říjen 2007 ( viz )
  29. Studie o šíření pylu z pěstovaných rostlin „  Šíření pylu v plodinách kukuřice (Zea mays), řepka olejná (Brassica napus ssp oleifera), brambory (Solanum tuberosum), cukrová řepa (Beta vulgaris ssp. Vulgaris) a pšenice ( Triticum aestivum)  “(Soil Association / National Pollen Research Unit) (en)
  30. Zdraví, PI Komerční formulace Bt toxinů jsou pro obojživelníky smrtelné
  31. McGaughey WH Whalon ME (1992) Řízení odolnosti hmyzu vůči toxinům Bacillus thuringiensis . Science 258: 1451-1455
  32. Fontenille MD, Nielsen-Leroux MC, Frutos, MR, Lagneau, MC & Schwart, MJL (2012). Osud bioinsekticidu Bti v životním prostředí a dopad na vývoj rezistence u komárů (disertační práce, University of Montreal, Quebec)
  33. Gahan LJ, Gould F & Heckel DG (2001) Identifikace genu spojeného s bt rezistencí u Heliothis virescens . Science 293: 857-860
  34. Jurat-Fuentes JL, Gould FL a Adang MJ (2002) Změněná glykosylace 63- a 68-kilodaltonových mikrovilárních proteinů v He liothis virescens koreluje se sníženou vazbou toxinu Cry1, sníženou tvorbou pórů a zvýšenou odolností proti toxinu Bacillus thuringiensis Cry1 . Appl Environ Microbiol 68: 5711-5717
  35. Roush RT (1994) Správa škůdců a jejich rezistence na Bacillus thuringiensis - Mohou být transgenní plodiny lepší než postřiky. Biocontrol Science and Technology 4: 501-516.
  36. Gould F, Anderson A, Reynolds A, Bumgarner L & Moar W (1995) Výběr a genetická analýza kmene Heliothis virescens (Lepidoptera, Noctuidae) s vysokou úrovní rezistence vůči toxinům Bacillus thuringiensis . Journal of Economic Entomology 88: 1545-1559.
  37. Ferre J., Real MD, Rie JV, Jansens S. & Peferoen M. (1991) Rezistence na bioinsekticid Bacillus thuringiensis v polní populaci Plutella xylostella je způsobena změnou membránového receptoru ve středním střevě. Sborník Národní akademie věd 88: 5119-5123.
  38. Chevillon C (2010) Vývoj rezistence na bakterio-insekticid Bti u komárů (disertační práce, Université Joseph Fourier)
  39. Ferre J. & Van Rie J. (2002) Biochemie a genetika odolnosti hmyzu k Bacillus thuringiensis . Annual Review of Entomology 47: 501-533.
  40. Tetreau, G. (2012). Osud bioinsekticidu Bti v životním prostředí a dopad na vývoj rezistence u komárů (disertační práce, Grenoble).
  41. Forcada C., Alcacer E., Garcera MD a Martinez R. 1996. Rozdíly v proteolytické aktivitě středního střeva dvou kmenů Heliothis virescens, jednoho citlivého a jednoho rezistentního vůči toxinům Bacillus thuringiensis. Archiv In Sect Biochemistry and Physiology 31: 257-272. Forcada C., Alcacer E., Garcera MD, Tato A. a Martinez R. 1999. Rezistence na toxin Cry1Ac Bacillus thuringiensis u tří kmenů Heliothis virescens: Proteolytická a SEM studie larválního středního střeva. Archives of Insect Biochemi stry and Physiology 42: 51-63
  42. Forcada C., Alcacer E., Garcera MD a Martinez R. 1996. Rozdíly v proteolytické aktivitě středního střeva dvou kmenů Heliothis virescens, jednoho citlivého a jednoho rezistentního vůči toxinům Bacillus thuringiensis. Archiv In Sect Biochemistry and Physiology 31: 257-272. Forcada C., Alcacer E., Garcera MD, Tato A. a Martinez R. 1999. Rezistence na toxin Cry1Ac Bacillus thuringiensis u tří kmenů Heliothis virescens: Proteolytická a SEM studie larválního středního střeva. Archives of Insect Biochemi stry and Physiology 42: 51-63.
  43. Fujimoto H., Itoh K., Yamamoto M., Kyozuka J. a Shimamoto K. (1993). Rýže odolná proti hmyzu vytvořená zavedením modifikovaného genu δ-endotoxinu Bacillus thuringiensis . Bio-Technology 11: 1151-1155.
  44. Herrero S., Oppert B & Ferre J (2001) Různé mechanismy rezistence na toxiny Bacillus thuringiensis u můry indické moučky. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie 67: 1085-1089.
  45. Icoz I. a Stotzky G. 2008. Osud a účinky hmyzu odolných Bt plodin v půdních ekosystémech. Půdní biologie a biochemie 40: 559-586
  46. Lee MK, Rajamohan F, Gould F & Dean DH (1995) Rezistence na δ-endotoxiny Bacillus t huringiensis cryIA v laboratorně vybraném kmenu Heliothis virescens souvisí se změnou receptoru . Aplikovaná a environmentální mikrobiologie 61: 3836-3842.
  47. McGaughey WH (1985). Rezistence hmyzu na biologický insekticid Bacillus thuringiensis . Science 229: 193-195.
  48. Moar WJ, Pusztaicarey M., Vanfaassen H., Bosch D., Frutos R., Rang C., Luo K. a Adang MJ (1995) Vývoj rezistence CryIC Bacillus thuringiensis u Spodoptera exigua (Hubner) (Lepidoptera, Noctuidae)  ; Aplikovaná a environmentální mikrobiologie 61: 2086-2092.
  49. Morin S., Biggs RW, Sisterson MS, Shriver L., Ellers-Kirk C., Higginson D., Holley D., Gahan LJ, Heckel DG, Carriere Y., Dennehy TJ, Brown JK a Tabashnik BE 2003. Tři alely kadherinu spojené s rezistencí na růžového bollworma Bacillus thuringiensisin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 100: 5004-5009
  50. Salm T., Bosch D., Honée G., Feng L., Munsterman E., Bakker P., Stiekema WJ & Visser B. (1994) Odolnost proti hmyzu transgenních plánů, které exprimují modifikovaný Bacillus thuringiensis cryIA (b) a geny cryIC: strategie řízení rezistence. Plant Molecular Biology 26: 51-59.
  51. Tabashnik BE (1994) Vývoj rezistence na Bacillus thuringiensis . Annual Review of Entomology 39: 47-79

Podívejte se také

Související články

Bibliografie

externí odkazy