باسیلوس تورنجینسیس

باسیلوس تورنجینسیس
سموم و کریستال‌های یک سویه از باسیلوس تورنجینسیس
رده‌بندی علمی
حوزه: باکتری
شاخه: فیرمیکوت‌ها
رده: باسیل
راسته: باسیل (راسته)
تیره: باسیلاسه
سرده: باسیلوس
نام دوبخشی
Bacillus thuringiensis
برلینر، ۱۹۱۵

باسیلوس تورنجینسیس (نام علمی: Bacillus thuringiensis) (یا به اختصار Bt) یک باکتری گرم مثبت ساکن در خاک و رایج‌ترین آفت‌کش بیولوژیکی مورد استفاده در سراسر جهان است. باسیلوس تورنجینسیس همچنین به‌طور طبیعی در رودهٔ کرم‌ها، انواع مختلف بیدها و پروانه‌ها و همچنین در سطوح برگ، محیط‌های آبی، مدفوع حیوانات، محیط‌های غنی از حشرات و کارخانه‌های آرد و تأسیسات ذخیره‌سازی غلات وجود دارد. همچنین مشاهده شده‌است که این باکتری، انگل پروانه‌های دیگری مانند Cadra calidella است و در پژوهش‌های که با این پروانه کار می‌شد، بسیاری از آن‌ها به این انگل، آلوده و بیمار شدند.[۱]

طی هاگ‌زایی، بسیاری از سویه‌های باسیلوس تورنجینسیس پروتئین‌های کریستالی (انکلوزیون‌های پروتئینی)، به‌نام دلتا اندوتوکسین‌ها را تولید می‌کنند که دارای اثر حشره‌کشی هستند. این ویژگی، منجر به استفاده از آن‌ها به‌عنوان حشره‌کش شده‌است. اخیراً از این باکتری، در گیاهان تراریخته استفاده شده‌است.[۲] بسیاری از سویه‌های این باکتری که کریستال تولید می‌کنند، ویژگی حشره‌کشی ندارند.[۳]

به‌عنوان یک مکانیسم سمی، پروتئین‌هایی موسوم به cry به گیرنده‌های خاصی روی غشای سلول‌های میانی رودهٔ (اپیتلیال) آفات مورد نظر متصل شده و منجر به پاره شدن آن می‌شوند. سایر جانداران، از جمله انسان، سایر جانوران و حشرات غیر هدف که فاقد گیرنده‌های مناسب برای این سم در رودهٔ خود هستند، تحت تأثیر پروتئین cry قرار نگرفته و بنابراین تحت تأثیر باسیلوس تورنجینسیس قرار نمی‌گیرند.[۴][۵]

آرایه‌شناسی و کشف

[ویرایش]

در سال ۱۹۰۲، باسیلوس تورنجینسیس برای نخستین بار توسط مهندسی ژاپنی، کشف شد. در سال ۱۹۱۱، ارنست برلینر، میکروبیولوژیست آلمانی، دوباره آن را جداسازی و کشف کرد.[۶][۷]

در سال ۱۹۷۶، رابرت زاخاریان وجود یک پلاسمید را در سویه‌ای از باسیلوس تورنجینسیس گزارش کرد و دخالت پلاسمید در تشکیل اندوسپور و کریستال‌های سمی را پیشنهاد کرد.[۸] باسیلوس تورنجینسیس گونه‌ای نزدیک به باسیلوس سرئوس (یک باکتری خاکی) و باسیلوس آنتراسیس، عامل سیاه‌زخم است. این سه گونه عمدتاً در پلاسمیدهایشان با هم تفاوت دارند. مانند سایر اعضای این سرده، هر سه بی‌هوازی و قادر به تولید درون‌هاگ هستند.[۹][۱۰]

ده‌ها زیرگونهٔ شناخته‌شده از باسیلوس تورنجینسیس وجود دارد.[۱۱]

مکانیسم اثر حشره‌کشی

[ویرایش]

با اسپورزایی، باسیلوس تورنجینسیس بلورهایی از دو نوع اندوتوکسین دلتای حشره‌کش پروتئینی (δ-اندوتوکسین) با نام‌های پروتئین‌های کریستالی یا پروتئین‌های cry که توسط ژن‌های cry کدگذاری می‌شوند و همچنین پروتئین‌های Cyt تشکیل می‌دهند.[۱۲]

سموم cry فعالیت‌های خاصی علیه گونه‌های حشرات راستهٔ پروانه‌سانان، دوپترا (مگس و پشه)، قاب‌بالان (سوسک) و پرده‌بالان (زنبورهای بی‌عسل، زنبورها، مورچه‌ها و اره‌مگس) و همچنین علیه کرم‌های لوله‌ای دارند.[۱۳][۱۴] بنابراین، باسیلوس تورنجینسیس به‌عنوان یک مخزن مهم از سموم Cry برای تولید حشره کش‌های بیولوژیکی و محصولات غذایی اصلاح‌شدهٔ ژنتیکی مقاوم به حشرات عمل می‌کند. هنگامی که حشرات، کریستال‌های سم را می‌خورند، دستگاه گوارش قلیایی آن‌ها، کریستال‌های نامحلول را تغییر می‌دهد و آن‌ها را محلول می‌کند و در نتیجه با پروتئازهای موجود در رودهٔ حشره که سم را از کریستال آزاد می‌کند، بریده می‌شوند.[۱۵] سپس سم cry به غشای سلول‌های رودهٔ حشره وارد می‌شود و دستگاه گوارش را فلج می‌کند و منافذی را تشکیل می‌دهد.[۱۶] در ادامه، حشره از خوردن دست می‌کشد و از گرسنگی می‌میرد. باکتری زندهٔ باسیلوس تورنجینسیس نیز ممکن است به‌صورت انگل، حشره را آلوده کند، که می‌تواند منجر به مرگ شود.[۱۵][۱۶][۱۷] مرگ در عرض چند ساعت یا چند هفته اتفاق می‌افتد.[۱۸] حضور باکتری‌های رودهٔ میانی برخی لاروها ممکن است برای فعالیت حشره‌کشی باسیلوس تورنجینسیس مورد نیاز باشند.[۱۹]

کاربرد در کنترل آفات

[ویرایش]

هاگ‌ها و پروتئین‌های کریستالی حشره‌کش تولید شده توسط باسیلوس تورنجینسیس برای کنترل آفات از دههٔ ۱۹۲۰ مورد استفاده قرار گرفته‌اند و اغلب به‌صورت اسپری مایع استفاده می‌شوند.[۲۰] آن‌ها اکنون با نام‌های تجاری مانند DiPel و Thuricide استفاده می‌شوند. این آفت‌کش‌ها به‌عنوان دوستدار محیط زیست در نظر گرفته می‌شوند که تأثیر کمی بر انسان، حیات وحش، گرده‌افشان‌ها و سایر حشرات مفید دارند و در کشاورزی ارگانیک استفاده می‌شوند.[۱۴] با این‌حال، راهنماهای این محصولات، حاوی بسیاری هشدارهای زیست‌محیطی و بهداشتی است،[۲۱][۲۲]

سویه‌های جدید باسیلوس تورنجینسیس در طول زمان توسعه یافته و معرفی می‌شوند زیرا حشرات، به این باکتری مقاومت ایجاد می‌کنند،[۲۳][۲۴]

کاربرد در مهندسی ژنتیک گیاهان برای کنترل آفات

[ویرایش]
سموم باسیلوس تورنجینسیس موجود در برگ‌های بادام زمینی (ظرف پایین) از آن در برابر آسیب‌های گستردهٔ قابل ایجاد توسط لاروهای آفت ساقه‌خوار ذرت، محافظت می‌کند.[۲۵]

شرکت بلژیکی Plant Genetic Systems (اکنون بخشی از بایر) نخستین شرکتی بود (در سال ۱۹۸۵) که گیاهان تراریخته (تنباکو) را توسعه داد. محصولات حاصل، حاوی دلتا اندوتوکسین هستند.[۲۶][۲۷] تنباکوی تراریختهٔ دارای سم باسیلوس تورنجینسیس هرگز تجاری نشد. گیاه تنباکو برای آزمایش تغییرات ژنتیکی استفاده می‌شود، زیرا دستکاری ژنتیکی آن آسان است و گیاهی خوراکی نیست.[۲۸][۲۹] در سال ۱۹۸۵، گیاهان سیب‌زمینی تولیدکنندهٔ سم cry توسط سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده آمریکا مورد تأیید قرار گرفتند و نخستین محصول آفت‌کش اصلاح‌شده توسط انسان بود که در ایالات متحده تأیید شد،[۳۰][۳۱] بسیاری از گیاهان از جمله تنباکو، قهوه، کاکائو و گردوی سیاه نیز به‌طور طبیعی آفت‌کش‌ها را تولید می‌کنند. این نوع سیب‌زمینی در سال ۲۰۰۱ به‌دلیل عدم علاقه از بازار حذف شد.[۳۲]

علاقه‌مندان به کشاورزی در حال بررسی ویژگی‌های ذرت تراریختهٔ مقاوم به حشرات

مطالعات تغذیه‌ای

[ویرایش]

مطالعاتی برای ارزیابی سرنوشت سموم باسیلوس تورنجینسیس که در غذاها توسط انسان و سایر جانوران بلعیده می‌شوند، انجام شده‌است. پروتئین‌های این سموم در عرض چند دقیقه پس از قرار گرفتن در معرض اسید معده هضم می‌شوند.[۳۳] بی‌ثباتی پروتئین‌های موجود در مایعات گوارشی، نشانهٔ دیگری است که احتمال حساسیت‌زا بودن پروتئین‌های cry بعید است، زیرا اکثر آلرژن‌های غذایی شناخته‌شده، در برابر تخریب مقاومت می‌کنند و در نهایت در رودهٔ کوچک جذب می‌شوند.[۳۴]

ماندگاری در محیط

[ویرایش]

نگرانی در مورد اثرات محیطی احتمالی ناشی از تجمع سموم باسیلوس تورنجینسیس بررسی شده‌است. سموم باسیلوس تورنجینسیس ممکن است بیش از ۲۰۰ روز در خاک باقی بمانند و نیمه‌عمر آن بین ۱٫۶ تا ۲۲ روز است. بسیاری از سموم، در ابتدا به‌سرعت توسط میکروارگانیسم‌های موجود در محیط، تجزیه می‌شوند، در حالی‌که برخی سموم نیز توسط مواد آلی جذب می‌شوند و مدت بیشتری باقی می‌مانند. در مقابل، برخی مطالعات ادعا می‌کنند که این سموم در خاک باقی نمی‌مانند.[۳۵][۳۶][۳۷] سموم باسیلوس تورنجینسیس کمتر در آب‌ها جمع می‌شوند، اما پدیده‌هایی چون روان‌آب خاک ممکن است آن‌ها را در یک اکوسیستم آبی رسوب دهند. گونه‌های ماهی در معرض این سموم نیستند.[۳۸]

تأثیر بر موجودات غیر هدف

[ویرایش]

ماهیت سمی پروتئین‌های باسیلوس تورنجینسیس، تأثیر نامطلوبی بر بسیاری از آفات عمدهٔ محصولات زراعی دارد، اما ارزیابی‌های خطر زیست‌محیطی برای اطمینان از ایمنی موجودات غیرهدف مفیدی که ممکن است با این سموم در تماس باشند، انجام شده‌است. نگرانی‌های گسترده در مورد سمیت در گونه‌های غیر هدف، مانند پروانهٔ سلطنتی، رد شده‌است.[۳۹] جانداران ساکن در خاک، که به‌طور بالقوه در معرض سموم باسیلوس تورنجینسیس از طریق ترشحات ریشه قرار می‌گیرند، تحت تأثیر رشد محصولات تراریخته با باسیلوس تورنجینسیس قرار نمی‌گیرند.[۴۰]

جستارهای وابسته

[ویرایش]

منابع

[ویرایش]
  1. ↑ Cox PD (1975). "The influence of photoperiod on the life-cycles of Ephestia calidella (Guenee) and Ephestia figulilella Gregson (Lepidoptera: Phycitidae)". J. Stored Prod. Res. 11 (2): 77. doi:10.1016/0022-474X(75)90043-0.
  2. ↑ Kumar PA, Sharma RP, Malik VS (1996). "The insecticidal proteins of Bacillus thuringiensis". Advances in Applied Microbiology. 42: 1–43. doi:10.1016/s0065-2164(08)70371-x. ISBN 978-0-12-002642-5. PMID 8865583.
  3. ↑ Roh JY, Choi JY, Li MS, Jin BR, Je YH (April 2007). "Bacillus thuringiensis as a specific, safe, and effective tool for insect pest control". Journal of Microbiology and Biotechnology. 17 (4): 547–59. PMID 18051264.
  4. ↑ Hall, H. (May 30, 2006). "Bt corn: is it worth the risk?". The Science Creative Quarterly.
  5. ↑ Dorsch, J. A.; Candas, M.; Griko, N. B.; Maaty, W. S. A.; Midboe, E. G.; Vadlamudi, R. K.; Bulla, L. A. "Cry1A toxins of Bacillus thuringiensis bind specifically to a region adjacent to the membrane-proximal extracellular domain of BT-R(1) in Manduca sexta: involvement of a cadherin in the entomopathogenicity of Bacillus thuringiensis". Insect Biochemistry and Molecular Biology. 32 (9): 1025–1036. doi:10.1016/s0965-1748(02)00040-1. ISSN 0965-1748. PMID 12213239.
  6. ↑ New Innovative Pesticides. EPA. 1977. p. 61. In 1915 the bacterium was re-examined and named Bacillus sotto. [...] At about the same time, Beriner was isolating the organism
  7. ↑ Reardon, Richard C.; Dubois, Normand R.; McLane, Winfred (1994). Bacillus thuringiensis for managing gypsy moth: a review. USDA Forest Service. Mediterranean flour moths, Ephestia (=Anagasta) kuehniella (Zeller), that were found in stored grain in Thuringia
  8. ↑ Zakharyan R.A et. el. (1979). "Plasmid DNA from Bacillus thuringiensis". Microbiologiya. 48 (2): 226–9. ISSN 0026-3656.
  9. ↑ Økstad OA, Kolstø A (2011). "Chapter 2: Genomics of Bacillus Species". In Wiedmann M, Zhang W (eds.). Genomics of Foodborne Bacterial Pathogens, 29 Food Microbiology and Food Safety. Springer Science+Business Media, LLC. pp. 29–53. doi:10.1007/978-1-4419-7686-4_2. ISBN 978-1-4419-7685-7.
  10. ↑ Madigan, Michael T.; Martinko, John M., eds. (2005). Brock Biology of Microorganisms (11th ed.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-144329-7.[کدام صفحه؟]
  11. ↑ US EPA, OCSPP (2016-07-05). "Bti for Mosquito Control". US EPA (به انگلیسی). Retrieved 2021-05-10.
  12. ↑ Circkmore N. "Bacillus thuringiensis toxin nomenclature". Archived from the original on 9 October 2008. Retrieved 2008-11-23.
  13. ↑ Schnepf E, Crickmore N, Van Rie J, Lereclus D, Baum J, Feitelson J, Zeigler DR, Dean DH (September 1998). "Bacillus thuringiensis and its pesticidal crystal proteins". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 62 (3): 775–806. doi:10.1128/MMBR.62.3.775-806.1998. PMC 98934. PMID 9729609.
  14. ↑ ۱۴٫۰ ۱۴٫۱ Wei JZ, Hale K, Carta L, Platzer E, Wong C, Fang SC, Aroian RV (March 2003). "Bacillus thuringiensis crystal proteins that target nematodes". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (5): 2760–5. Bibcode:2003PNAS..100.2760W. doi:10.1073/pnas.0538072100. PMC 151414. PMID 12598644.
  15. ↑ ۱۵٫۰ ۱۵٫۱ Dean DH (1984). "Biochemical genetics of the bacterial insect-control agent Bacillus thuringiensis: basic principles and prospects for genetic engineering" (PDF). Biotechnology & Genetic Engineering Reviews. 2: 341–63. doi:10.1080/02648725.1984.10647804. PMID 6443645.
  16. ↑ ۱۶٫۰ ۱۶٫۱ W.S. Cranshaw, Colorado State University Extension Office. Last updated March 26, 2013. Bacillus thuringiensis Fact Sheet بایگانی‌شده در ۶ سپتامبر ۲۰۱۵ توسط Wayback Machine
  17. ↑ Babu M, Geetha M. "DNA shuffling of Cry proteins". Mrc-lmb.cam.ac.uk. Archived from the original on 12 February 2010. Retrieved 2008-11-23.
  18. ↑ "Bacillus thuringiensis (Bt) General Fact Sheet". npic.orst.edu. Retrieved 2021-01-04.
  19. ↑ Broderick NA, Raffa KF, Handelsman J (October 2006). "Midgut bacteria required for Bacillus thuringiensis insecticidal activity". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (41): 15196–9. Bibcode:2006PNAS..10315196B. doi:10.1073/pnas.0604865103. JSTOR 30051525. PMC 1622799. PMID 17005725.
  20. ↑ Lemaux PG (2008). "Genetically Engineered Plants and Foods: A Scientist's Analysis of the Issues (Part I)". Annual Review of Plant Biology. 59: 771–812. doi:10.1146/annurev.arplant.58.032806.103840. PMID 18284373.
  21. ↑ "DiPelProDf data sheet" (PDF). Archived from the original (PDF) on September 8, 2013.
  22. ↑ "DiPelProDf data sheet" (PDF). Archived from the original (PDF) on March 13, 2014.
  23. ↑ Huang F, Buschman LL, Higgins RA (2001). "Larval feeding behavior of Dipel-resistant and susceptible Ostrinia nubilalis on diet containing Bacillus thuringiensis (Dipel EStm)". Entomologia Experimentalis et Applicata. 98 (2): 141–148. doi:10.1046/j.1570-7458.2001.00768.x. ISSN 0013-8703.
  24. ↑ Huang, Fangneng; Buschman, Lawrent L.; Higgins, Randall A. "Larval feeding behavior of Dipel-resistant and susceptible Ostrinia nubilalis on diet containing Bacillus thuringiensis (Dipel EStm)". Entomologia Experimentalis et Applicata (به انگلیسی). 98 (2): 141–148. doi:10.1046/j.1570-7458.2001.00768.x. ISSN 0013-8703.
  25. ↑ Jan Suszkiw (November 1999). "Tifton, Georgia: A Peanut Pest Showdown". Agricultural Research magazine. Archived from the original on 12 October 2008. Retrieved 2008-11-23.
  26. ↑ Höfte, H.; de Greve, H.; Seurinck, J.; Jansens, S.; Mahillon, J.; Ampe, C.; Vandekerckhove, J.; Vanderbruggen, H.; van Montagu, M. (1986-12-01). "Structural and functional analysis of a cloned delta endotoxin of Bacillus thuringiensis berliner 1715". European Journal of Biochemistry. 161 (2): 273–280. doi:10.1111/j.1432-1033.1986.tb10443.x. ISSN 0014-2956. PMID 3023091.
  27. ↑ Vaeck, Mark; Reynaerts, Arlette; Höfte, Herman; Jansens, Stefan; De Beuckeleer, Marc; Dean, Caroline; Zabeau, Marc; Montagu, Marc Van; Leemans, Jan. "Transgenic plants protected from insect attack". Nature (به انگلیسی). 328 (6125): 33–37. doi:10.1038/328033a0. ISSN 1476-4687.
  28. ↑ Staff, GMO Compass. Last updated July 29, 2010 "Tobacco" entry in GMO Compass database بایگانی‌شده در ۲۰۱۳-۱۰-۰۲ توسط Wayback Machine
  29. ↑ Key S, Ma JK, Drake PM (June 2008). "Genetically modified plants and human health". Journal of the Royal Society of Medicine. 101 (6): 290–8. doi:10.1258/jrsm.2008.070372. PMC 2408621. PMID 18515776.
  30. ↑ "Genetically Altered Potato Ok'd For Crops". Lawrence Journal-World. AP. 6 May 1995.
  31. ↑ Staff, CERA. NewLeaf Entry in CERA[usurped!]
  32. ↑ van Eijck, Paul (March 10, 2010). "The History and Future of GM Potatoes". PotatoPro Newsletter. Archived from the original on October 12, 2013. Retrieved October 5, 2013.
  33. ↑ Betz, Fred S; Hammond, Bruce G; Fuchs, Roy L (2000-10-01). "Safety and Advantages of Bacillus thuringiensis-Protected Plants to Control Insect Pests". Regulatory Toxicology and Pharmacology (به انگلیسی). 32 (2): 156–173. doi:10.1006/rtph.2000.1426. ISSN 0273-2300.
  34. ↑ Astwood, James D.; Leach, John N.; Fuchs, Roy L. "Stability of food allergens to digestion in vitro". Nature Biotechnology (به انگلیسی). 14 (10): 1269–1273. doi:10.1038/nbt1096-1269. ISSN 1546-1696.
  35. ↑ Dubelman S, Ayden BR, Bader BM, Brown CR, Jiang, Vlachos D (2005). "Cry1Ab Protein Does Not Persist in Soil After 3 Years of Sustained Bt Corn Use". Environ. Entomol. 34 (4): 915–921. doi:10.1603/0046-225x-34.4.915.
  36. ↑ Head G, Surber JB, Watson JA, Martin JW, Duan JJ (2002). "No Detection of Cry1Ac Protein in Soil After Multiple Years of Transgenic Bt Cotton (Bollgard) Use". Environ. Entomol. 31 (1): 30–36. doi:10.1603/0046-225x-31.1.30.
  37. ↑ Helassa N, Quiquampoix H, Staunton S (2013). "Structure, Biological Activity and Environmental Fate of Insecticidal Bt (Bacillus thuringiensis) Cry Proteins of Bacterial and Genetically Modified Plant Origin". In Xu J, Sparks D (eds.). Molecular Environmental Soil Science. Springer Netherlands. pp. 49–77. doi:10.1007/978-94-007-4177-5_3. ISBN 978-94-007-4177-5.
  38. ↑ Clark BW, Phillips TA, Coats JR (June 2005). "Environmental fate and effects of Bacillus thuringiensis (Bt) proteins from transgenic crops: a review" (PDF). Journal of Agricultural and Food Chemistry. 53 (12): 4643–53. doi:10.1021/jf040442k. PMID 15941295.
  39. ↑ Sears MK, Hellmich RL, Stanley-Horn DE, Oberhauser KS, Pleasants JM, Mattila HR, Siegfried BD, Dively GP (October 2001). "Impact of Bt corn pollen on monarch butterfly populations: a risk assessment". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (21): 11937–42. Bibcode:2001PNAS...9811937S. doi:10.1073/pnas.211329998. PMC 59819. PMID 11559842.
  40. ↑ Saxena D, Stotzky G (2000). "Bacillus thuringiensis (Bt) toxin released from root exudates and biomass of Bt corn has no apparent effect on earthworms, nematodes, protozoa, bacteria, and fungi in soil" (PDF). Soil Biology & Biochemistry. 33 (9): 1225–1230. doi:10.1016/s0038-0717(01)00027-x.

پیوند به بیرون

[ویرایش]