Применение экзотоксинов

Применение экзотоксинов

Глава 3. Характеристика и механизм действия бактерий Bacillus thuringiensis. Действие экзотоксинов и эндотоксинов

Производимые микробиологической промышленностью бактериальные препараты против вредных насекомых имеют в своей основе Bacillus thuringiensis.

Характерной особенностью кристаллоносных бактерий является образование помимо эндоспор, параспоровых белков кристаллов, которые получили кристаллов название Дельта-эндотоксинов. Кроме кристаллов кристаллоносные бактерии могу вырабатывать по крайней мере 3 других вещества, токсичных для насекомы. К ним относятся альфа-, бета- и гамма-экзотоксины.

Эндоспоры

Образование споры происходит после интенсивного роста палочки —тела бактерии. Она формируется вблизи одного из концов тела и выходит наружу. У разных вариантов бактерий наблюдаются некоторые различия во времени образования спор после посева культуры. У вариантов тюрингиензис начинают появляться через 24 ч после посева на мясо-пептонном агаре.

При высокой влажности споры погибают при 100°С через 5…10 мин, при 110° С через 3…5 мин. К действию химических веществ споры более устойчивы, чем кристаллы. Штаммы бактерий, утратившие способность образовывать кристаллы, при введении в кишечник гусениц чувствительных насекомых не вызывали заболевания, и жизнеспособные споры проходили через кишечник не прорастая.

Дельта-эндотоксин, или параспоральный кристаллический эндотоксин

Образуется одновременно со спорой в противоположной части тела бактерии. Сначала он имеет форму бесформенного комочка, постепенно превращаясь в правильный восьмингранник. Остатки стенок клетки бактерии (спорангия) после созревания споры и кристалла подвергаются автолизу и оба образования освобождаются.

Кристаллы по химическому составу представляют белковое соединение, в состав которого входит 17,5% азота и почти или совсем не содержится фосфора. Известно 17….18 аминокислот, входящих в состав кристалла. Кристаллы слабо устойчивы к действию температуры. Прогревание при 80… 100° С в течение 30….40 мин разрушает его структуру и инактивирует токсические свойства. В связи с этим его часто называют термолабильный эндотоксин. Кристаллы нерастворимы в воде и некоторых органических растворителях, но теряют свою токсичность при обработке крепкими кислотами и спиртами и еще в большей степени — щелочами. Белок кристалла переходит в раствор при высокой щелочности среды. Для варианта тюрингиензис рН в этом случае составляет 11,8.

В кишечнике восприимчивых насекомых реакция щелочная, но ниже показателя рН, необходимого для растворения кристалла. Так, в переднем и среднем отделах кишечника у тутового, непарного и кольчатого шелкопрядов, восприимчивых к действию кристаллического эндотоксина, рН составляет 8,9. Предполагают, что гидролиз кристаллов происходит под влиянием протеолитических ферментов. При этом что эндотоксин сам по себе не токсичен для насекомых и представляет собой протоксин, который под действием определенных протеаз желудочного сока превращается в токсическое вещество. Этими протеазами обладают не все насекомые, с чем и связана избирательность действия токсина. Свидетельствует то обстоятельство, что у гусениц восклицательной и озимой совок с уровнем рН более высоким (9,5-9,6) чем у указанных выше шелкопрядов, кристаллы растворяются в кишечной среде, а у капустной совки (рН 10,2) кристаллы не растворяются, в обоих случаях отравления гусениц не происходит.

Типичными симптомами действия кристаллического эндотоксина на восприимчивых насекомых является паралич кишечника, прекращение питания в течение первого часа после заглатывания токсина и развитие общего паралича, приводящего, например, гусениц капустной белянки к гибели в течение 48 ч.

Испытывая действие бактерий варианта галлерия, относящегося к V серотипу, не образующему термостабильного экзотоксина (бета-экзотоксина), на 88 видах насекомых из 8 отрядов разделили их на 4 группы, различающиеся по степени восприимчивости.

  ·  1-ая группа — чешуекрылые, обладающие высокой восприимчивостью и полностью погибавшие в лабораторном опыте. К ним относятся некоторые виды из сем, настоящих молей, молей-пестрянок, горностаевых молей, выемчатокрылых молей, листоверток, нимфалид и белянок.

  ·  2-ая группа — представители семейств чешуекрылых, гибель гусениц которых из здоровой популяции не превышала 40…70%. Они относятся к семейству огневок, коконопрядов, пядениц, хохлаток и медведиц.

  ·  3-я группа — практически невосприимчивые гусеницы совок (кроме совки-гаммы) и пилильщиков.

  ·  4-ая — паразитические перепончатокрылые, которые во взрослой фазе были устойчивыми к бактериям. Гибель их личинок зависела от срока обработки хозяина и фазы развития паразита и устойчивые — представители прямокрылых, равнокрылых, жесткокрылых.

Бета-экзотоксин, или термостабильный экзотоксин

Представляет собой также очень важный компонент метаболизма бактериальной клетки. По химической природе он близок к нуклеотидам — аденину или урацилу, а некоторые исследователи причисляют его к структурным аналогам аденозинтрифосфорной кислоты. Кристаллической природы не имеет. Токсин накапливается в культуральной жидкости после отделения от нее спор и кристаллов бактерии. Свое название этот токсин получил за сравнительно хорошую стабильность при высокой температуре: активность сохраняется при автоклавировании в течение 15 мин при 120° С.

Вещество термостабильного экзотоксина растворимо в воде, устойчиво к действию щелочи, гидролизуется кислотами, выдерживает нагревание при 110° С в течение 4 ч. При дефосфорилировании химическим или ферментативным путем становится нетоксичным для насекомых.

Термостабильный экзотоксин наиболее эффективен против личинок восприимчивых насекомых. Он вызывает специфические задержки линьки насекомых и тератологическое действие на взрослых насекомых, развивающихся из личинок, получивших сублетальную дозу токсина. Тератологическое действие сказывается неодинаково на разных насекомых. Например: у капустной белянки происходит атрофия хоботка, в результате чего полностью исключается возможность питания имаго. У колорадского жука исчезают щупики нижней губы, а кончик язычка вытягивается, образуя непарный придаток. На члениках булавы усиков развиваются коготки, сходные с коготками на лапках. Несмотря на это колорадский жук продолжает питаться с помощью мандибул, остающихся почти неизмененными. Как показали исследования А. Бюржерона, указанные деформации передаются по наследству. Более чувствительны к токсину личинки, в меньшей степени — зародыши в яйцах, куколки и взрослые насекомые.

Экзотоксин обладает более широким спектром действия, чем кристаллический эндотоксин. Он токсичен не только для чешуекрылых (в том числе совок), но и для прямокрылых, некоторых жуков, двукрылых, а из представителей других групп организмов для паутинного клеща и парамеций.

Альфа-экзотоксин, или фосфолипаза С, или лецитиназа С

Является продуцентом растущих клеток бактерий. Предполагается, что этот фермент вызывает распад незаменимых фосфолипидов в тканях насекомых, приводя их к гибели. Токсичная для насекомых лецитиназа отмечена как у кристаллоносных, так и некристаллоносных бактерий. Лецитина за активна при рН кишечника в пределах 6,6…7,4 и повреждает у восприимчивых насекомых клетки кишечника, способствуя проникновению бактерий в полость тела.



Источник: biofile.ru


Добавить комментарий