Bacillus thuringiensis

Bacillus thuringiensis Beskrivelse af dette billede, kommenteres også nedenfor Gramplet af Bacillus thuringiensis
ved 1000 gange forstørrelse Klassifikation
Reger Bakterie
Afdeling Firmicutes
Klasse Baciller
Bestille Bacillales
Familie Bacillaceae
Venlig Bacillus

Arter

Bacillus thuringiensis
Berliner , 1915

Bacillus thuringiensis (ofte forkortet som Bt ) er en art af bakterier, der anvendes til dets insektdræbende egenskaber. Det er en bacillus Gram-positiv , aerob valgfri, allestedsnærværende og Spore. I små mængder findes den i næsten alle jord , den vand , den luft og blade af planter . Det er en del af et sæt på seks baciller kaldet " Bacillus cereus- gruppen ": B. anthracis (ansvarlig for miltbrand ), B. cereus , B. mycoides , B. pseudomycoides , B. weihenstephanensis og B. thuringiensis .

Bacillus thuringiensis blev isoleret i 1901 af den japanske bakteriolog S. Ishiwata fra silkeorm, som den kan inficere og dræbe, men den første videnskabelige beskrivelse skyldes den tyske Ernst Berliner i 1911 .

Akronymet Bt også ofte betegner pesticid molekyle (insekticid, acaricid, etc.), også kaldet thuringiensine opnået fra denne bakterie (eller beslægtede bakterier såsom Bacillus sphaericus ), eller endda produceret ved gensplejsning af planter ( GMO). ), Hvori visse fragmenter af genomet af denne bakterie er blevet introduceret. I 2006 var Bt det mest anvendte biopesticid (som et bioinsekticid ) med mere end 90% af markedet for bioinsekticid, men kun knap 2% af det globale marked for insekticider (Fargues og Bourguet 2005). Det er også produceret af transgene planter , uden virkning på visse arter af insekter , der er blevet resistente over for det eller mere eller mindre godt i visse tilfælde.

Bakterierne

Beskrivelse

I vegetativ tilstand har bacillus Bacillus thuringiensis form af en stang, der er 5  µm lang og 1  µm bred forsynet med flagella .
Det adskiller sig fra andre baciller i cereus- gruppen på grund af dets evne til at syntetisere og udskille δ-endotoksiner, som er krystaller (Cri), der er giftigt giftige for visse insekter og hvirvelløse dyr. Disse krystaller er ikke mineraler, men protein (dannet ved sammenhæng mellem flere proteiner, som tilsammen har en insekticid egenskab på larverne Lepidoptera , Coleoptera og / eller Diptera ). De virker ved at ødelægge cellerne i mellemtarmen af insekt larve påvirket af disse toksiner, hvilket resulterer i insektets død, som derefter kan spises af bacillen.
Vi kender for tiden mere end 14 gener, der koder for disse proteiner kaldet "Cri" (for krystalprotein ) af biokemikere.

Endotoksiner produceret af Bacillus thuringiensis

Bakterien syntetiserer δ-endotoksiner på tidspunktet for dens sporulation.
Dette er krystalindeslutninger, som derefter kan udgøre 20 til 30% af sporecellernes tørvægt. De er i det væsentlige sammensat af:

Anvendelser

De entomotoksiske egenskaber ved Bacillus thuringiensis vækkede landbrugs-, skovbrugs- og kommerciel interesse fra 1920'erne (med biologiske kontrolforsøg udført i Ungarn) og i 1930'erne (i Jugoslavien) for at bekæmpe insekter (især Lepidoptera). Denne interesse blev fornyet - meget mere markant - i slutningen af det XX th  århundrede med udviklingen af gensplejsning og økologisk landbrug .

De første anvendelser af Bacillus thuringiensis i miljøet dateres tilbage til 1933 .
Det blev derefter brugt så tidligt som i 1950'erne i skove , marker og vinmarker .
Indtil midten af 1970'erne var dens vigtigste anvendelse kontrol med lepidopteran- affoliatorer i skove og visse parasitære sommerfugle af markafgrøder, især majs .
I 1976 åbnede opdagelsen af ​​to serotyper kaldet israelensis (“Bti”) og tenebrionis (Btt) nye markeder takket være en larvicid handling mod myg , sortfluer og biller.

I dag er bakterien Bacillus thuringiensis det mest anvendte insekticid i verden inden for økologisk landbrug .
Når dette produkt er af naturlig oprindelse, er det godkendt i økologisk landbrug i pulverform.

Toksinet Bacillus thuringiensis (Bt) anvendes også i GMO'er ( Bt majs, Bt bomuld osv.), Hvilket har gjort det muligt at erstatte kemiske insekticider i en lang række afgrøder, selvom skadedyrsstammer i afgrøder, der er blevet resistente over for Bt, er begynder at være et problem.

Det bruges især til at desinficere Camargue i Frankrig.

Fordele og ulemper

Toksicitet

Toksiciteten af ​​ren Bt for varmblodede dyr er ikke nul.
Således udviser inhaleret oprenset thuringiensine signifikant lungetoksicitet i laboratorierotter ( Sprague-Dawley- stamme , behandlet via intratrakeal instillation) med 0; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,4 og 9,6 l mg thuringiensine pr. Kg legemsvægt. Den akutte lunge LD50 er 4,4 mg / kg. Og antallet af inflammatoriske celler og mængden af lactatdehydrogenase (LDH) i bronchoalveolær skylning (BAL) stiger på en "dosisafhængig" måde.
Med en effektiv dosis på 1,6 mg / kg bibeholdt til undersøgelse af den tidsmæssige udvikling af lungetoksicitet steg lungens vægt i de behandlede rotter såvel som niveauet af pulmonal hydroxyprolin og det samlede antal lungeceller fundet i LBA 2, 4, 7, 14, 28 og 56 dage efter behandling. Sammenlignet med kontroller steg det samlede AML-proteinniveau med henholdsvis 361, 615, 116, 41, 34 og 41% efter henholdsvis 2, 4, 7, 14, 28 og 56 dage. Aktiviteten af ​​LDH-enzymet i LBA viste en signifikant stigning efter 1, 2, 4, 7, 14, 28 og 56 dage, og niveauet af fibronectin steg med 164, 552, 490, 769, 335, 257 og 61%, men hverken tumornekrosefaktor eller interleukin-1 steg. Histologien for de behandlede rotter var unormal (med bronchiolitisk betændelse og alveoler efterfulgt af cellenekrose i bronkierne på dag 1 og 2 med områder med septal fortykning, celleinfiltration og kollagenaflejring i alveolære og tarmrum i dag 4 til 5 6 Oprenset thuringiensin udviser derfor lungetoksicitet hos rotter, og oxidativ stress synes at være involveret. Thuringiensine kan også virke negativt på adenylatcyclase i rottehjerne.

Grad af vedholdenhed i luft, vand, jord

Det blev vist i slutningen af ​​1970'erne, at thuringiensine (eller såkaldte Bt- toksiner ) er et krystallinsk protein, der er meget følsomt for ultraviolette solstråler, der nedbryder det hurtigt.

Det er også meget ustabilt i den vandige fase, og dets halveringstid falder med stigende temperatur. Bt anvendt til sprøjtning har derfor den fordel, at den har lidt rest på bladene (lidt mere i jorden) med ulempen at være aktiv i kortere tid.

Imidlertid har bioteknologiindustrien produceret såkaldte “Bt” transgene planter , dvs. modificeret ved tilsætning af en eller flere af de gener, der koder for det insekticidtoksin (Cry1Ab) af Bacillus thuringiensis .
Disse planter producerer det i deres luftvæv (blade og stængler), i deres pollen , men også i rodsfærens ekssudater ( rhizosfæren ), hvorfra Bt måske kunne akkumulere længere i jorden (en undersøgelse fra 2002 fandt det ikke i jorden af ​​transgene bomuldsafgrøder, men molekylet kan adsorberes stærkt på ler.
Ifølge N Helassa (2008) er adsorption af toksinet til jordlejer en interaktion med lav affinitet, stærkt afhængig af pH, men vanskelig at vende om (ifølge test udført på montmorillonit ). I lerjord afhænger proteinets mobilitet af erosion, kolloid transport og graden af bioturbation af den pågældende jord. Arbejdet med persistensen af ​​Bt-toksinet i jorden konkluderede desuden, at (under betingelserne i denne undersøgelse) tabte mere end 50% af toksinets immunreaktivitet på mindre end 7 dage; nedbrydningen ser ikke ud skyldes mikrober: "toksinet nedbrydes ikke, men inaktiveres af ændringer i konformationer efter dets interaktion med jordkomponenter" . Undersøgelser (i marken og i laboratoriet) sigter mod at forbedre forståelsen af ​​fænomenerne adsorption / desorption af Bt-proteinet i jorden.

Risici forbundet med vedvarende eller cirkulation af transgenet i miljøet

Risikoniveauet diskuteres, og der er endnu ikke en videnskabelig enighed om dette.

Persistens og påvirkninger på økosystemer

Risiko for modstand

Tilfælde af modstand (endda stærk modstand) er allerede dokumenteret, herunder ved at bide myg og insekter, der udgør et problem for afgrøder.

Noter og referencer

  1. Model: Cytuj pismo
  2. Agaisse H. og Lereclus D. (1995). Hvordan producerer Bacillus thuringiensis så meget insekticid krystalprotein? J Bacteriol 177: 6027-6032
  3. Baum JA og Malvar T. (1995). Regulering af insekticidkrysta l-proteinproduktion i Bacillus thuringiensis . Molekylær mikrob iologi 18: 1-12
  4. Parker MW & Feil SC (2005) Pore-for-ming-proteintoksiner: fra struktur til funktion . Fremskridt inden for biofysik og molekylærbiologi 88: 91-142.
  5. Guereca L. & Bravo A. (1999) Den oligomere tilstand af Bacillus thuringiensis Cry toksiner i opløsning . Biochimica og Biophysica Acta (BBA) 1429: 342-350.
  6. chnepf E., Crickmore N., Van Rie J., Lere clus D., Baum J., Feitelson J., Zeigler DR og Dean DH 1998. Bacillus thuringiensis og dets pesticide krystalproteiner. Mikrobiologi og molekylærbiologi Anmeldelser 62: 775-806
  7. Beegle CC & Yamamoto T (1992) Bacillus thuringiensis berliner historie og forskning . Canadisk entomolog 124: 587-616.
  8. Feitelson JS, Payne J. og Kim L. 1992. Bacillus thuringiensis - Insekter og videre. Bioteknologi 10: 271-275.
  9. http://guidenaturabio.com/nature_bio_jardin_84.html
  10. http://www.fao.org/biotech/biotech-glossary/fr/
  11. (i) Karl HJ Gordon og Peter M Waterhouse , "  RNAi for insektnet planter  " , Nature Biotechnology , Vol.  25, nr .  11,1 st november 2007( læs online , hørt den 6. april 2017 )
  12. Ghislain de Montalembert, "  Hvordan det sydlige Frankrig fører krig mod myg  ", Le Figaro ,17. juli 2020( læs online , konsulteret den 21. september 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), Lungetoksicitet af thuringiensin administreret intratrachealt i Sprague - Dawley rotter  ; Bind 186, udgave 3, 22. april 2003, side 205–216 ( abstrakt )
  14. San-Fu Tsai, Chi Yang, Bing-Lan Liu, Jenn-Sheng Hwang, Shu-Peng Ho (2006) Rollen af ​​oxidativ stress i thuringiensin-induceret lungetoksicitet  ; Toksikologi og anvendt farmakologi, bind 216, udgave 2, 15. oktober 2006, side 347-353 ( abstrakt )
  15. San-Fu Tsai, Chi Yang, Shun-Cheng Wang, Jiunn-Shiow Wang, Jenn-Sheng Hwang, Shu-Peng Ho (2004), Effekt af thuringiensin på adenylatcyclase i cerebral cortex fra rotter  ; Toksikologi og anvendt farmakologi, bind 194, udgave 1, 1. januar 2004, side 34-40 ( abstrakt )
  16. Griego VM & Spence KD (1978). Inaktivering af Bacillus thuringiensis-sporer med ultraviolet og synligt lys . Anvendt og miljømikrobiologi 35: 906-910.
  17. Jingwen Zhou, Zhenghong Xu, Shouwen Chen (2013), Simulation og forudsigelse af thuringiensins abiotiske nedbrydningsprocesser i vandig opløsning ved hjælp af en radiusbaseret funktion neuralt netværksmodel  ; Chemosphere, bind 91, 201304-04, sider 442-447 ( abstrakt )
  18. Leder G., Surber JB, Watson JA, Martin JW og Duan JJ (2002) Ingen påvisning af Cry1Ac-protein i jord efter flere års brug af transgen Bt bomuld (Bollgard) . Miljøentomologi 31: 30-36
  19. Nordine Helassa (2008) Skæbne med det insekticidprotein Cry1Aa fra Bacillus thuringiensis (Bt) i jord . Biokemi [q-bio.BM]. National Higher Agronomic School of Montpellier (Montpellier SupAgro), fransk. <tel-00570169>
  20. Vådområder Info nr. 92-93, 2016. B. Poulin, "Den Thüringer bacillus indvirkning på miljøet" i myg i vådområder, et stikkende emne
  21. Forekomst og vedholdenhed af Bacillus thuringiensis (Bt) og transgene Bt majskryp1Ab-gen fra et vandmiljø Adgang til undersøgelsen , Douville M, Gagné F, Blaise C, André C, Ecotoxicol Environ Saf. 2007 februar; 66 (2): 195-203. Epub 2006 24. februar, PMID 16499967 , PubMed - indekseret til MEDLINE
  22. Duchet C, Tetreau G, Albane M, Rey D, Besnard G, Perrin Y, Paris M, David JP, Lagneau C & L. Després L. (2014). Persistens og genbrug af bioinsekticid Bacillus thuringiensis subsp. israelensis sporer i kontrasterende miljøer: Bevis fra feltovervågning og laboratorieeksperimenter . Mikrobiel økologi 67: 576-586.
  23. Poulin B, Després L & Lefebvre G. 2016. Del VI: Persistens af Bti i miljøet. Pp. 41-51 i Poulin B (red.) Endelig rapport om den årlige videnskabelige overvågning udført i 2015 parallelt med Bti mygkontroloperationer på omkredsen af ​​Camargue Regional Natural Park. Rapport præsenteret for PNRC, 118 s.
  24. Tétreau G, Alessi M, Veyrenc S, Périgon S, David JP, Reynaud S, Després L. 2012. Skæbnen til Bacillus thuringiensis subsp. israelensis i marken: Bevis for sporegenvinding og differentiel persistens af toksiner i bladaffald. Anvendt og miljømikrobiologi 78: 8362-8367.
  25. Tilquin M, Paris M, Reynaud S, Despres L, Ravanel P, Geremia RA, Gury J. 2008. Langvarig persistens af Bacillus thuringiensis Subsp. israelensis Bti i myg naturlige habitater. 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 og Krogh PH 2006. Jordmikrobielle og faunale samfundsresponser på Bt-majs og insekticid i to jordarter . Joernal of Environmenta l Quality 35: 734-741
  27. Boisvert M & Boisvert J. (2000). Virkninger af Bacillus thuringiensis var. israelensis på mål- og ikke-målorganismer: en gennemgang af laboratorie- og feltforsøg. Biocontrol videnskab og teknologi 10: 517-561.
  28. "Toksiner i transgene biprodukter fra afgrøder kan påvirke økosystemer i hovedvandsstrøm i Proceedings of the National Academy of Sciences", oktober 2007 ( se )
  29. Undersøgelse af spredning af pollen fra dyrkede planterSpredning af pollen i afgrøderne Majs (Zea mays), raps (Brassica napus ssp oleifera), kartofler (Solanum tuberosum), sukkerroer (Beta vulgaris ssp. Vulgaris) og hvede ( Triticum aestivum)  ”(Soil Association / National Pollen Research Unit) (en)
  30. Sundhed, PI Kommercielle formuleringer af Bt-toksiner er dødelige for padder
  31. McGaughey WH Whalon ME (1992) Håndtering af insektresistens over for Bacillus thuringiensis-toksiner . Science 258: 1451-1455
  32. Fontenille MD, Nielsen-Leroux MC, Frutos, MR, Lagneau, MC & Schwart, MJL (2012). Skæbnen til bioinsekticidet Bti i miljøet og indvirkning på udviklingen af ​​resistens hos myg (doktorafhandling, University of Montreal, Quebec)
  33. Gahan LJ, Gould F & Heckel DG (2001) Identifikation af et gen associeret med bt-resistens i Heliothis virescens . Science 293: 857-860
  34. Jurat-Fuentes JL, Gould FL og Adang MJ (2002) Ændret glycosylering af 63- og 68-kilodalton mikrovillarproteiner i He liothis virescens Korrelerer med reduceret Cry1-toksinbinding, nedsat poredannelse og øget modstand mod Bacillus thuringiensis Cry1-toksiner . Appl Environ Microbiol 68: 5711-5717
  35. Roush RT (1994) Håndtering af skadedyr og deres resistens over for Bacillus thuringiensis - Kan transgene afgrøder være bedre end spray. Biocontrol videnskab og teknologi 4: 501-516.
  36. Gould F, Anderson A, Reynolds A, Bumgarner L & Moar W (1995) Selektion og genetisk analyse af en Heliothis virescens (Lepidoptera, Noctuidae) stamme med høje niveauer af resistens over for Bacillus thuringiensis toksiner . Journal of Economic Entomology 88: 1545-1559.
  37. Ferre J., Fast MD, Rie JV, Jansens S. & Peferoen M. (1991) Resistens over for Bacillus thuringiensis bioinsecticide i et felt population af Plutella xylostella skyldes en ændring i en mellemtarmen membranreceptor. Proceedings of the National Academy of Sciences 88: 5119-5123.
  38. Chevillon C (2010) Evolution af resistens over for bakterioinsekticidet Bti i myg (doktorafhandling, Université Joseph Fourier)
  39. Ferre J. & Van Rie J. (2002) Biokemi og genetik af insektresistens over for Bacillus thuringiensis . Årlig gennemgang af entomologi 47: 501-533.
  40. Tetreau, G. (2012). Skæbnen til bioinsekticidet Bti i miljøet og indvirkning på udviklingen af ​​resistens hos myg (doktorafhandling, Grenoble).
  41. Forcada C., Alcacer E., Garcera MD og Martinez R. 1996. Forskelle i midgut proteolytisk aktivitet af to Heliothis virescens stammer, en modtagelig og en resistent over for Bacillus thuringiensis toksiner. Arkiv for In sect Biochemistry and Physiology 31: 257-272. Forcada C., Alcacer E., Garcera MD, Tato A. og Martinez R. 1999. Modstandsdygtighed over for Bacillus thuringiensis Cry1Ac-toksin i tre stammer af Heliothis virescens: Proteolytisk og SEM-undersøgelse af larvemidten. Archives of Insect Biochemi stry and Physiology 42: 51-63
  42. Forcada C., Alcacer E., Garcera MD og Martinez R. 1996. Forskelle i midgut proteolytisk aktivitet af to Heliothis virescens stammer, en modtagelig og en resistent over for Bacillus thuringiensis toksiner. Arkiv for In sect Biochemistry and Physiology 31: 257-272. Forcada C., Alcacer E., Garcera MD, Tato A. og Martinez R. 1999. Modstandsdygtighed over for Bacillus thuringiensis Cry1Ac-toksin i tre stammer af Heliothis virescens: Proteolytisk og SEM-undersøgelse af larvemidten. Archives of Insect Biochemi stry and Physiology 42: 51-63.
  43. Fujimoto H., Itoh K., Yamamoto M., Kyozuka J. og Shimamoto K. (1993). Insektresistent ris genereret ved introduktion af et modificeret δ-endotoksingen fra Bacillus thuringiensis . Bioteknologi 11: 1151-1155.
  44. Herrero S., Oppert B & Ferre J (2001) Forskellige mekanismer for resistens over for Bacillus thuringiensis-toksiner i Indianmeal-møl. Anvendt og miljømikrobiologi 67: 1085-1089.
  45. Icoz I. og Stotzky G. 2008. Skæbne og effekter af insektresistente Bt afgrøder i jordøkosystemers. Jordbiologi og biokemi 40: 559-586
  46. Lee MK, Rajamohan F, Gould F & Dean DH (1995) Resistens over for Bacillus t huringiensis cryIA δ-endotoksiner i en laboratorieudvalgt Heliothis virescens-stamme er relateret til receptorændring . Anvendt og miljømæssig mikrobiologi 61: 3836-3842.
  47. McGaughey WH (1985). Insektresistens over for det biologiske insekticid Bacillus thuringiensis . Science 229: 193-195.
  48. Moar WJ, Pusztaicarey M., Vanfaassen H., Bosch D., Frutos R., Rang C., Luo K. og Adang MJ (1995) Udvikling af Bacillus thuringiensis CrylC resistens ved Spodoptera exigua (Hubner) (Lepidoptera, Noctuidae)  ; Anvendt og miljømikrobiologi 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 og Tabashnik BE 2003. Tre cadherin alleler forbundet med resistens over for Bacillus thuringiensisin lyserød bolleorm. Forhandlinger fra National Academy of Sciences i Amerikas Forenede Stater 100: 5004-5009
  50. Salm T., Bosch D., Honée G., Feng L., Munsterman E., Bakker P., Stiekema WJ & Visser B. (1994) Insektresistens af transgene plan ts, der udtrykker modificeret Bacillus thuringiensis cryIA (b) og cryIC gener: en strategi for styring af resistans. Plantemolekylærbiologi 26: 51-59.
  51. Tabashnik BE (1994) Udvikling af modstand mod Bacillus thuringiensis . Årlig gennemgang af entomologi 39: 47-79

Se også

Relaterede artikler

Bibliografi

eksterne links