Глик, Пастернак - Молекулярная биотехнология - 2002 (947307), страница 96
Текст из файла (страница 96)
е. наряду с насекомыми-вредителями они уничтожают и полезных насекомых, а в некоторых случаях гораздо эффективнее уничтожают естественных врагов насекомых-вредителей„чем самих вредителей. Зачастую это приводило к весьма неожиданным результатам: обработка вызывала увеличение численности насекомых-вредителей. С учетом этого все послелние 20 лет проводились интенсивные поиски альтернативных способов контроля численности насекомых-вредителей. Прежде всего исслелователи обратились к 332 ГЛАВА 15 Токсин, сннтезнруемый ВасгИиз ЯиутпфеикЬ )у)ехаггизм дег)сиге!ля и игпользовапие Под «микробным инсектицилом» иногда понимается микроорганизм„либо синтезирующий какое-либо токсичное вещество, избирательно 7аблггг!сг !5.).
Некоторые свойства инсектмцилньгх токсинов, синтезир»етых разными шгам мами Л. 7)гггг!ггя)еггзгзи Сергпмп Шгамлг В. глиппп)епг!г нлн полнил Класс Мот масси ггрегокенна, нДа Насекомое-мгннень Сгу1 Сгу! Сгу1 Г'гу1 Сгу) Сгу П Сгун! Сгу!У Сз»1»' Чеп~уекрг«лыс Чешуенрылые Чсшуекрылие Чешуенрилые Чешуеврылые, лнукрылые Чешуекрылыс. лвукрильге Жесгкокрылыс Дукрылие Дну крыльт 130 -140 130 140 130 †!40 130 — 140 135 7! тз- 73 125 145 68 )ген!ггег Алгггаг)а Кто, !!О- ! егггппгис!г)гги 6.01 агагно17 29 апжнаг 1С 1 ) иетеьг Н1>-1 мпсьпипгг йеагг д)плп) тип ипт РГ! 14 лгпс)епип !4 и ив иве»пи! егеигт и вг., р 37 69, гп епгшм!е ег вг, (еа 1, стара юипижеига.
ап емгсиггтспги) типмп и!е. Тьтгу атг лсист '. 1993 природным инсектиг!идам, сгинтезируемым различными микроорганизмами и растениями. Дело в том, что зги соединения, как правило, высокоспецифичны и подвергаготся быстрой биодеградации, поэтому устойчивость к ним вырабатывается медленно.
К сожалению, они не очень эффективны, а их получение обходится лорого, что ограничиваг."г возможность их широкого применения. Есть надежда, что все эти проблелгы удастся решить с помон!ыо техноло!ий рекомбинантных ДНК. Теперь лля увеличения эффективности микробиоло! и геских инсектицилов исследователи могут проволить манипуляции с генами, которые кодируют их биосинтез. В частности, речь может идти о генах инсектицидов, вырабатываемых бактерией Вас!лиг Гйип!преплгй или бак»щовирусами насекомых; эти инсектицилы безопасны.
специфичны и весьма эффективны. Рынок пестицидов огромен: в настоящее время на их производсгво во всем мире ежегодно расходуется более 20 млрд. долларов, и зта цифра быстро растет. При этом на долю биопестицидов, главным образом инсектицидов В. 7)гиггпрепзгу, црихолится всего 1% этой суммы, но по прогнозам дальнейший прогресс в этой области будет связан именно с биопестицнзами.
действующее на определенных насеколгых, либо инфицирующий насекомое-мишень и приводящий к его гибели. Наиболее изученные, наиболее эффективные и наиболее часто используемые микробные инсектициды — бактерии В. 7)лиг!па!епугж Они представлены множеством штаммов и подвидов (зпбар.), и каждый из них синтезируег токсин, специфичный в отношении определенных насекомых (табл.
15.1). Например, В. Миг!пягепгЬ зц!7зр. лигу!а)г!' токсичен для личинок чешуекрылых (в том числе моли и бабочек), для личинок толстоголовки, мерм итид и гусениц листовертки-почкоеда елового. В. 7)гиппд!епгЬ амбар. Ьгие)епзн уничтожает двукрылых: комаров 14 мошек. В. 7)гиппягепр!л апбвр.
Ггпе)уггоп)Ь (также известный как лап г(геру) эффек! ивен в отношении жесткокрылых, в том числе колоралского жука и хлопкового лолгоносика. Описаны и другие штаммы В. )йиппрегглЬ, каждый из которых токсичен )шя определенных насекомых. Инсектицид (белковый токсин) В. Ииггггрепньг зггбзр. Ьиьтга/и и других ил аммов находится в клетке в виде так называемого параспорального кристалла — структуры, которая образуется во время споруляции бактерий. Никакой особенной биолог.ической функции зта структура не несет. На ее долю приходится от 20 ло 30% сухой массы спорулирующей культурьг и состоит она главнылг образом из белка (-95%) и некоторого количества углеводородов (-5%).
Кристалл — зто на самом деле некий белковый агрегат, лиссоциирующий на субьединицы в слабой щелочи. Субъелиницы можно лалее диссопиировать гп И1го обработкой 1)-меркаптоэтанолом, кото- Микробпые инсектишлы 333 рый восстанавливает дисушьфидные связи (рис. 15.1). 1)сс инсектицидные токсины, выделенные из множества штаммов В. гйипп8(епт, в соответствии с их токсичносгыа можно сгруппировать в четыре основных класса: Сгу!, СгуИ, СгуИ! и Сгу1 уг.
Ьелки Сгу! токсичны для чешуекрылых„ СгуИ вЂ” для чешускрылых и двукрылых, СгуИ!— ЛЛЛ жсетКОКРЫЛЫХ, СГу!уг — ЛЛЛ ЛвухрЫЛЫХ. Классы можно разделить далее на полклассы (А, В, С, ...) и подгруппы (а, Ь, с, ..) согласно нуклеотидным последовательностям генов соответствующих токсинов. Например, класс генов его включает шесть подклассов (от сгу(А до Р), а подкласс сгу/А - три подгруппы (от сгуУА(а) до (с)!.
Кроме того, в соответствии с нммунологическими особенностями выделяют примерно 30 разных серотипов В. гйиплягслаьт ( табл. 15.1). Каждый серотип отличается от другого специфическим набором антигенных летерминант на поверхности клеток определенного штамма В. 1Ьипн8(егмьк В парасцоральном кристалле инсектицид обычно находится в неактивной форме; при солюбилизации кристалла белок высвобождается в форме протоксина, предшественника активного токсина. Протоксин класса токсинов Сгу! имеет мол. массу примерно 130 кДа (рис.
15.1). 1!осле заглатывания насекомым цараспорального кристалла протоксин активируется в кишечнике в условиях щелочного рН (7,5 — 8,0) и под лействисм специфических пищеварительных протеиназ превращается в активный токсин с мол. массой примерно 68 кДа (рис. 15.1).
В таком виде он встраивается в мембрану зпителиальных клеток кишечника насекомого и образует ионный канал, через который, как полагают, происходит утечка значительной части клето<- ного АТР (рис. !5.2). Примерно через 15 мин после формирования такого ионного канала клеточный метаболизм блокируется, насекомое перестает питаться, происходит обезвоживание Параспоральный кристалл вн Обработка ~ Шхненна.юй 1 Восстановление ~ меркщггозтанолом ~ Субьслиница мою массой 250 кда Полгн1е~внл мол.массой 130 кда Активный токсин мол,массон 68 кда 1'ис.
15.1. Схематическое изображение параспорвльного кристалла В. гйипнрепзв, состояпюго из белкового протоксипа Сгу1. Каждая белковая субъелнница имеет мол. массу 250 кДа и солержит лва полипептида мол. массой 130 кДа ка;кдый. Молекулярные массы определяли с помо~пью электрофореза в полиакриламилном геле; приведены округленные значения. Превращение нротоксина (! 30 кДа) в активный токсин (68 кДа) происходит толька в слабощелочпых условиях (рН 7,5 — 8) в присутствии специфической протеиназы (прогсиназ). Именно эти условия ревлизукпся а кишечнике насекомого. ЗЗ4 ГЗ!АВА! 5 ОГ>ОК АТР Ионный квивл, образованный ом Рве. !52. Встраивание Гоксиьш В.
Яиппрепиь в мем- брану зпителиальной клетки кишечника насекомого и образование ионного канала. организма и в конечном счете наступает смерть. Поскольку превращение протоксина в активный токсин происходит только в условиях щелочного рн и в присутствии определенных прсгеиназ„вероятность вредного воздействия токсинов на человека и сельскохозяйственных животных мала. Способ действия токсинов В. Гйиг!пре»т налагает некоторые ограничения на область их примененш>. Чтобы уби~ь насекомое, В. Я>атпреппл обязательно должен попасть В его кишечник, в противном случае никакого эффекта не будет В. И>иг>п8!епь>ь чаще всего распыляют, причем бактерии обычно смешивают с атрактантами насекОмых, чтОбы пОВысить ВероятнОсть ТОГО, чтО насекомое-вредитель проглотит токсин.
Однако лля насекомых, обитающих в тканях растений или на корнях, токсин В. Яига>репьи при такой обработке вряд ли будет представлять какую-либо опасность, С учетом всего этого были предприняты попытки разработать другие стратегии защиты растений от таких Вред>пелей. Один из подходов состоит в создании трансгенных растений, несущих и экспрессируч5нцих ген токсина В. В>иг>препггг и, следовтельно, защищенных сг насекомых-вредителей В течение Всеп> периода вегетации.
Второе ограничение, налагаемое на применение токсина В. В>илпреагй, связано с тем, что этот токсин действует на насекомое, находящееся только на определенной стадии развития. Именно В этот момент н должна проводиться обработка. Штамм В. Яиг!п8!епь!ь ьыЬьр. 55игь>а>Г> бь>л выделен в 1901 г., но интерес к нему как к ценному коммерческому продукту возник л>ишь в 195 ! г.„ а за последние десять лет эта бактерия сга>>а основным инструментом контроля численности гусениц листовертки-почкоеда елового в Канаде.
В 1979 г. лишь над 1% лесов Канады, обрабатываемых инсектицидами с целью уничтожения этою насекомого (что соответствует примерно 2 млн. га), распыляли В. Гди>тпРепь!ь ьцЬьр. >ги>лгал; остальные площади обрабатывали химическими инсектицидами.
К 198б г. масштабы использ>вания В. В>иг!прелей ьцЬьр. !ГиптаИ возросли до 74%. В других странах В. 57>>и>прель!ь ьцЬьр. ВигьГа>а исгюльзуют для борьбы с коконопрядом, непарным шелкопрядом, мертимилами, совкой капустной и бражником. Основное препятствие на пути еше более >Вирокого применения В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
