nomes no trilho de navegação
Bacillus thuringiensis és una espècie microbiològica de la família de les Bacillaceae. Va ser descobert el 1911, com a patogen de les arnes de la farina de la província de Thuringia, Alemanya. Utilitzat a França com a insecticida comercial el 1938, i després als Estats Units a la dècada de 1950. Tots aquests primers productes van ser substituïts per uns altres de més eficaços en els anys 60, quan es van descobrir soques contra diversos tipus d'insecte.
Bacillus thuringiensis és una espècie microbiològica de la família de les Bacillaceae. Va ser descobert el 1911, com a patogen de les arnes de la farina de la província de Thuringia, Alemanya. Utilitzat a França com a insecticida comercial el 1938, i després als Estats Units a la dècada de 1950. Tots aquests primers productes van ser substituïts per uns altres de més eficaços en els anys 60, quan es van descobrir soques contra diversos tipus d'insecte.
Bacillus thuringiensis je grampozitivní půdní bakterie z rodu Bacillus a kmene Firmicutes. Je aerobní a produkuje spory. Ty obsahují toxiny (δ-endotoxiny, také označované jako Cry), které mají insekticidní účinky na některé skupiny hmyzu, a proto se užívá k produkci pesticidů a také geneticky modifikovaných (transgenních) rostlin.
Spory a krystalinové proteiny této bakterie se užívají jako specifické insekticidy, pod názvy Dipel či Thuricide. Aplikují se v tekutých postřicích na pole a považují se obecně za šetrné k životnímu prostředí. Předpokládá se, že tento insekticid perforuje výstelku střev hmyzu a některé zprávy nalezly vztah mezi účinkem těchto látek a přítomností střevních bakterií v hmyzím těle.[1]
Také transgenní plodiny s toxiny Bacillus thuringiensis (používá se zkratka Bt) jsou dnes poměrně široce využívané a v roce 2006 činily pole s Bt plodinami 11,1 % celkové výměry kukuřičných polí a 33,6 % bavlníkových plantáží.[2]
V tomto článku byl použit překlad textu z článku Bacillus thuringiensis na anglické Wikipedii.
Bacillus thuringiensis je grampozitivní půdní bakterie z rodu Bacillus a kmene Firmicutes. Je aerobní a produkuje spory. Ty obsahují toxiny (δ-endotoxiny, také označované jako Cry), které mají insekticidní účinky na některé skupiny hmyzu, a proto se užívá k produkci pesticidů a také geneticky modifikovaných (transgenních) rostlin.
Bacillus thuringiensis eller B. thuringiensis forkortet til Bt er en almindelig spore-dannende Gram-positiv jordbakterie, der længe har været brugt som et biologisk pesticid. Under sporuleringen danner nogle Bt-stammer toxiner, der ses som dobbelt-pyramidiske krystaller, der består af proteiner og benævnes Cry-toxiner (Cry for krystal) eller δ-endotoxiner. Cry-toxinerne kodes af plasmidgenerne Cry og er toxiske for insekter, specielt larver af Lepidoptera (sommerfugle) samt Coleoptera (biller) og Diptera (tovinger (fluer)). Den toxiske virkning ytrer sig gennem en nedbrydning af tarmen.[1] Cry-toxinerne anses for at være uskadelige for mennesker.[2]
De første insekt-resistente transgene afgrøder blev introduceret i 1996 og fik straks stor udbredelse. Således blev 22,4 millioner hektar Bt-transgene afgrøder dyrket i 2004. Majs, bomuld og kartofler er blevet gensplejset med Cry-gener for at give resistens mod Lepidoptera (sommerfugle). Kartofler beskyttes også mod Colorado kartoffelbillen.[3] En kendt og omdiskuteret majs-sort er MON 863.
Da Bt-toxinerne har lille effect på andre organismer, er brugen af Bt-transgene afgrøder blevet anset for at være mere miljøvenlig end brugen af syntetiske pesticider, og afgrøder som MON 863 er blevet godkendt i Europa. Alligevel har der specielt i Europa været protester og en diskussion om fornuften i anvendelsen af Bt-transgene afgrøder. Diskussionen har drejet sig om, hvorvidt det kan være farligt for mennesker og om den vidstrakte brug af Bt-transgene afgrøder har en skadelig sekundær indflydelse på andre insekter og miljøet som helhed. Selvom Cry-toxinerne anses for uskadelige for mennesker, har der i Danmark været protester mod import og dyrkning af gensplejset majs, og der er rejst krav om forbud mod Bt-majs.[4]
Kina indførte i 1997 bomuld gensplejset med Bt-toxin, og et ti-årigt studium af den frygtede bomuldsmøl (Helicoverpa armigera) i et enormt område i det nordlige Kina viser faldende antal af bomuldsmøl med betydning også for udbyttet af andre afgrøder.[5]
Bacillus thuringiensis eller B. thuringiensis forkortet til Bt er en almindelig spore-dannende Gram-positiv jordbakterie, der længe har været brugt som et biologisk pesticid. Under sporuleringen danner nogle Bt-stammer toxiner, der ses som dobbelt-pyramidiske krystaller, der består af proteiner og benævnes Cry-toxiner (Cry for krystal) eller δ-endotoxiner. Cry-toxinerne kodes af plasmidgenerne Cry og er toxiske for insekter, specielt larver af Lepidoptera (sommerfugle) samt Coleoptera (biller) og Diptera (tovinger (fluer)). Den toxiske virkning ytrer sig gennem en nedbrydning af tarmen. Cry-toxinerne anses for at være uskadelige for mennesker.
Bacillus thuringiensis ist ein Bakterium, das vor allem im Boden, aber auch an Pflanzen und in Insektenkadavern gefunden werden kann. Die von dem Bakterium produzierten Bt-Toxine werden zur biologischen Schädlingsbekämpfung in der Land- und Forstwirtschaft und in der Bekämpfung von krankheitsübertragenden Stechmücken eingesetzt.
Bacillus thuringiensis ist wie die anderen Arten der Gattung Bacillus stäbchenförmig und grampositiv. Er bildet Dauerstadien in Form von Sporen. Es wurde 1901 in Japan durch Ishiwatari Shigetane (jap. 石渡 繁胤) als Bacillus sotto (von japanisch 卒倒 sottō, deutsch ‚Kollaps, Zusammenbruch‘, heute B. thuringiensis var. sotto.[1]) und 1911 von Ernst Berliner (1880–1957) in Deutschland beschrieben, der ihm den Namen Bacillus thuringiensis gab. Ishiwatari Shigetane fand den Bacillus in Seidenraupen, Ernst Berliner entdeckte ihn in Mehlmottenraupen aus einer Mühle in Thüringen. Er erkannte auch, dass dieses Bakterium bei Mehlmottenlarven die sogenannte Schlafsucht auslöst.[2] Die verschiedenen Unterarten von B. thuringiensis produzieren über 200 unterschiedliche sogenannte Bt-Toxine, die spezifisch bei bestimmten Insekten tödlich wirken.
B. thuringiensis lebt in Gesellschaft mit Pflanzenwurzeln. Es wird davon ausgegangen, dass die Toxine des Bakteriums die Wurzeln vor Schädigung durch Insekten bewahren.[3]
B. thuringiensis ist eng verwandt mit Bacillus cereus und unterscheidet sich von diesem Bakterium nur – wie auch Bacillus anthracis – durch sogenannte Plasmide. Wie alle anderen Bacillus-Arten sind sie aerob und bilden Endosporen.
B. thuringiensis produziert kristalline Proteine (Bt-Toxine, siehe Abbildung), die spezifisch auf verschiedene Insektenarten der Ordnungen Käfer, Schmetterlinge, Hautflügler und Zweiflügler sowie Nematoden toxisch wirken, bei Pflanzen, Wirbeltieren wie z. B. Menschen jedoch wirkungslos sind. Sie sind vollständig biologisch abbaubar.[4]
Die genetische Information für die Bt-Toxine liegen auf Plasmiden. Je nach Stamm exprimieren diese ein oder mehrere verschiedene sogenannte Cry- und Cyt-Proteine, die sich hinsichtlich ihrer Toxizität gegenüber den verschiedenen Insektenordnungen unterscheiden. Es gibt mehr als 200 verschiedene Cry-Proteine. Diese toxischen Kristallproteine müssen zunächst im Insektendarm gelöst und durch eine spezifische enzymatische Abspaltung von Untereinheiten aktiviert werden, bevor sie ihre Wirkung entfalten können. Die Menge und Art der Proteine variiert hierbei von Stamm zu Stamm. Cyt- und Cry-Proteine heften sich an Darmzellen an und erzeugen Poren in der Zellmembran, wodurch die Darmzelle zerstört wird. Damit dies geschehen kann, müssen die jeweiligen Toxine spezifische Anheftungsstellen auf der Zellmembran vorfinden, woraus sich ihre spezifische Wirkung gegen bestimmte Insekten erklärt.[4]
Bt-Toxine werden im Gartenbau sowie Land- und Forstwirtschaft als Pflanzenschutzmittel und zur Stechmückenbekämpfung eingesetzt. Mit ihnen können etwa Frostspanner oder Buchsbaumzünsler bekämpft werden. Da die Präparate ausschließlich gegen Schmetterlingsraupen wirken, sind andere Lebewesen nicht in Gefahr.
In der Landwirtschaft werden Bt-Toxine seit 1938 eingesetzt, haben in dieser Form jedoch keine große Bedeutung erlangt. Hingegen wuchsen die Anbauflächen von Bt-Pflanzen seit ihrer Erstzulassung im Jahr 1996 rapide.
Insbesondere in der ökologischen Landwirtschaft werden Bt-Toxine in Form von Suspensionen gegen freifressende Schmetterlingsraupen eingesetzt. Dieses Mittel wird in Frankreich seit 1938, in den USA seit 1950 eingesetzt. Heute werden verschiedene Bt-Toxine gegen verschiedene Insekten eingesetzt.[5]
B. thuringiensis israelensis wird in der Stechmückenbekämpfung eingesetzt. Die Stechmücken werden im Larvenstadium in den Gewässern bekämpft. Die Auswirkungen auf andere Insektenlarven, beispielsweise Zuckmücken sind gering.
Andere eingesetzte Unterarten sind B. thuringiensis kurstaki (Btk), B. thuringiensis aizawa, B. thuringiensis san diego, und B. thuringiensis tenebrionis. Wie bei anderen Pflanzenschutzmitteln können nach mehr oder weniger langem Gebrauch die Zielorganismen Resistenzen entwickeln. Gegenüber Bt-Toxinen wurde dies zuerst Ende der 1980er Jahre bei der Kohlschabe beobachtet.[6]
Aus Bacillus thuringiensis in Nutzpflanzen übertragene Gene bewirken, dass die Pflanzen eigenständig Bt-Toxine produzieren. Dieses sogenannte Bt-Konzept wird seit 1996 und vor allem bei Mais und Baumwolle eingesetzt.[7]
Eine der bisher erfolgreichsten Anwendungen von Bt-Toxinen ist die Bekämpfung von Forstschädlingen der Ordnung Schmetterlinge, welche insbesondere in nordamerikanischen Nadelwäldern große Schäden anrichten. Die Verwendung von Bt-Toxinen führte zu einer signifikanten Reduktion der Anwendung chemischer Insektizide in der Forstwirtschaft.[4] In Deutschland werden Bt-Präparate seit Jahren lokal großflächig zur Bekämpfung des Eichen-Prozessionsspinners eingesetzt.
Bt-Toxine der Unterart B. thuringiensis israelensis sind für verschiedene Arten der Gattungen Aedes, Culex und Anopheles, welche Krankheitsüberträger sind, toxisch. Insbesondere lassen sich so Populationen von Überträgern von Krankheiten wie Denguefieber, Onchozerkose und Malaria dezimieren. Seit 1983 wird in Westafrika ein Programm zur Bekämpfung der Onchozerkose implementiert, das zu 80 % auf der Verwendung von Bt-Toxinen basiert. So wurden geschätzte 15 Millionen Kinder vor der Krankheit geschützt. Bei Stechmücken wurde bisher keine Resistenzbildung dokumentiert.[4]
Auch die Bekämpfung der heimischen Gespinstmotte ist möglich. Das Bakterium wird mit Wasser versetzt vor dem Ausbruch im April auf die Pflanzen gesprüht. Da die Raupen der Gespinstmotte jedes Jahr dieselben Pflanzen befallen und kahl fressen, ist eine Prävention gezielt möglich.[8]
Durch genetische Studien konnte gezeigt werden, dass es sich bei dem Biopestizid Bacillus thuringiensis, dem Milzbranderreger Bacillus anthracis und dem Lebensmittel vergiftenden Bacillus cereus um Variationen einer einzigen Spezies handelt.[9] Ob Bacillus thuringiensis auch tatsächlich Durchfall oder andere Erkrankungen verursacht, ist noch nicht abschließend geklärt.[10]
Bacillus thuringiensis ist ein Bakterium, das vor allem im Boden, aber auch an Pflanzen und in Insektenkadavern gefunden werden kann. Die von dem Bakterium produzierten Bt-Toxine werden zur biologischen Schädlingsbekämpfung in der Land- und Forstwirtschaft und in der Bekämpfung von krankheitsübertragenden Stechmücken eingesetzt.
Bacillus thuringiensis, ev bakteriyayek ku kurmiyan dikuje û parçekî giring ya sazkariyê mişkkuja mîkrob e.
பாசில்லஸ் துரிஞ்சியென்சிஸ் (Bacillus thuringiensis) அல்லது சுருக்கமாக பி.டி. (Bt) என்பது ஒரு மண்வாழ் கிராம்-நேர் நுண்ணுயிர். இது இயற்கையில் பட்டாம்பூச்சி, அந்துப்பூச்சி போன்றவற்றின் வயிற்றில் உயிர்வாழ்கின்றது. இது உயிர்க்கொல்லியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது (வணிகப் பெயர்கள்: டைப்பெல் (Dipel), தூரிசைடு (Thuricide)); இந்த நுண்ணுயிரியை 1901 ஆம் ஆண்டு ஷிகெடானே இழ்சிவாட்டா (Shigetane Ishiwata) என்ற நிப்பானிய உயிரியலாளர் கண்டுபிடித்தார். பின்னர் 1911 -இல் எர்ணசுட்டு பெர்லினர் (Ernst Berliner) என்ற செருமானியர் மாவு விட்டில் புழுவில் ஏற்படும் இழ்ச்லாவ்சூக்ட்(Schlaffsucht) என்ற நோயை ஆராயும் போது பி.டி.யைப் பிரித்தெடுத்தார். இந்நுண்ணுயிரிகள் உருவாக்கும் ஒரு வகை படிக அகநச்சுகள் செதிலிறகிகள் எனப்படும் லெப்பிடோப்டீரா (அந்துப்பூச்சிகள், வண்ணத்துப்பூச்சிகள்), இருசிறகிகள் எனப்படும் டிப்டீரா (ஈக்கள், கொசுக்கள்), காப்புறை இறகிகள் என்னும் கோலியோப்டீரா (வண்டுகள்), சவ்விறகிகள் எனப்படும் ஹைமெனோப்டீரா (குளவிகள்), தேனீக்கள், எறும்புகள்) ஆகிய உயிரின வகைகளிலுள்ள குறிப்பிட்ட சிலவற்றுக்கு நச்சாக விளங்குகின்றன.[1] இவ்வகை படிக நச்சுக்களின் இருப்பிடமாக பி.டி. உள்ளதால், இதனைக் கொண்டு மரபணு மாற்றுப் பயிர்கள் உருவாக்கப்படுகின்றன.
பி.டி.யினால் உருவாக்கப்படும் வித்திகளும் உயிரிக்கொல்லி படிகப்புரதங்களும் தீய்பூச்சிகளைக் கட்டுப்படுத்துவதில் 1920களிலேயே பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன. அது சமயம் அவை நுண்ணுயிர் பொருள்களாகவே இருந்து வந்துள்ளன; பி.டி. நுண்ணுயிர் பொருள்கள் மனிதர்களுக்கு பெரியதொரு விளைவை ஏற்படுத்தாமலே பல ஆண்டுகளாக பயன்பாட்டில் இருந்து வந்துள்ளன.[2]
தீய்பூச்சிகள் (குறிப்பிட்ட சில வண்ணத்துப்பூச்சிகள், அந்துப்பூச்சிகள், வண்டுகள் அல்லது கொசுக்களின் இளம்புழுக்கள்) பி.டி. ஏற்றப்பட்ட பயிரை உண்டு பி.டி. அவற்றின் குடலை அடைந்த பின்னர் படிகப்புரதங்களை சுரக்கின்றது; இப்படிக நச்சுகள் தீய்பூச்சியின் செரிமான மண்டலத்தை முடக்குகின்றன. சிலமணி நேரத்தில் புழு உண்பதை நிறுத்தி விடுகின்றது. பட்டினியால் செத்து விழுவதற்கு சில நாள்கள் ஆகலாம். இப்படிகப்புரதத்தை உள்ளடக்கிய பாக்டீரியா இறந்துபோனாலும், அதன் தீய்பூச்சிகளுக்கு எதிரான செயல்பாடு குறைவதில்லை.[3]
மிகவும் பொதுவாகப் பயன்பாட்டில் இருக்கும் பி.டி. வருக்கமான குருஸ்டாகி வருக்கம் (kurstaki strain) இலை, முள் ஆகியவற்றை உண்ணும் புழுக்களை மட்டும் தாக்கும் குணமுடையது; கடந்த பத்தாண்டில் உருவாக்கப்பட்ட இசுரேலென்சிசு வருக்கம் (israelensis strain) கொசுக்கள், கருப்பு ஈக்கள், காளான் ஈக்கள் ஆகியவற்றின் மீது மட்டும் செயல்படும் தன்மை உடையது. இதில் இலை, முள் புழுக்களைத் தாக்கும் குருஸ்டாகி வருக்கம் கொசுக்களைத் தாக்காது; கொசுக்களைத் தாக்கும் இசுரேலென்சிசு வருக்கம் புழுக்களைத் தாக்காது.[3]
தீய்பூச்சி, தீம்பூச்சி - pest; அந்துப்பூச்சி - moth; நுண்ணுயிரி - microbe; மாவு விட்டில் புழு - flour moth caterpillar; படிக அகநச்சு - crystal endotoxin; மரபணு மாற்றப்பயிர் - genetically modified plant; வித்தி - spore; செரிமான மண்டலம் - digestive system;
பாசில்லஸ் துரிஞ்சியென்சிஸ் (Bacillus thuringiensis) அல்லது சுருக்கமாக பி.டி. (Bt) என்பது ஒரு மண்வாழ் கிராம்-நேர் நுண்ணுயிர். இது இயற்கையில் பட்டாம்பூச்சி, அந்துப்பூச்சி போன்றவற்றின் வயிற்றில் உயிர்வாழ்கின்றது. இது உயிர்க்கொல்லியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது (வணிகப் பெயர்கள்: டைப்பெல் (Dipel), தூரிசைடு (Thuricide)); இந்த நுண்ணுயிரியை 1901 ஆம் ஆண்டு ஷிகெடானே இழ்சிவாட்டா (Shigetane Ishiwata) என்ற நிப்பானிய உயிரியலாளர் கண்டுபிடித்தார். பின்னர் 1911 -இல் எர்ணசுட்டு பெர்லினர் (Ernst Berliner) என்ற செருமானியர் மாவு விட்டில் புழுவில் ஏற்படும் இழ்ச்லாவ்சூக்ட்(Schlaffsucht) என்ற நோயை ஆராயும் போது பி.டி.யைப் பிரித்தெடுத்தார். இந்நுண்ணுயிரிகள் உருவாக்கும் ஒரு வகை படிக அகநச்சுகள் செதிலிறகிகள் எனப்படும் லெப்பிடோப்டீரா (அந்துப்பூச்சிகள், வண்ணத்துப்பூச்சிகள்), இருசிறகிகள் எனப்படும் டிப்டீரா (ஈக்கள், கொசுக்கள்), காப்புறை இறகிகள் என்னும் கோலியோப்டீரா (வண்டுகள்), சவ்விறகிகள் எனப்படும் ஹைமெனோப்டீரா (குளவிகள்), தேனீக்கள், எறும்புகள்) ஆகிய உயிரின வகைகளிலுள்ள குறிப்பிட்ட சிலவற்றுக்கு நச்சாக விளங்குகின்றன. இவ்வகை படிக நச்சுக்களின் இருப்பிடமாக பி.டி. உள்ளதால், இதனைக் கொண்டு மரபணு மாற்றுப் பயிர்கள் உருவாக்கப்படுகின்றன.
Bacillus thuringiensis (or Bt) is a gram-positive, soil-dwelling bacterium, the most commonly used biological pesticide worldwide. B. thuringiensis also occurs naturally in the gut of caterpillars of various types of moths and butterflies, as well on leaf surfaces, aquatic environments, animal feces, insect-rich environments, and flour mills and grain-storage facilities.[1][2] It has also been observed to parasitize other moths such as Cadra calidella—in laboratory experiments working with C. calidella, many of the moths were diseased due to this parasite.[3]
During sporulation, many Bt strains produce crystal proteins (proteinaceous inclusions), called delta endotoxins, that have insecticidal action. This has led to their use as insecticides, and more recently to genetically modified crops using Bt genes, such as Bt corn.[4] Many crystal-producing Bt strains, though, do not have insecticidal properties.[5] The subspecies israelensis is commonly used for control of mosquitoes[6] and of fungus gnats.[7]
As a toxic mechanism, cry proteins bind to specific receptors on the membranes of mid-gut (epithelial) cells of the targeted pests, resulting in their rupture. Other organisms (including humans, other animals and non-targeted insects) that lack the appropriate receptors in their gut cannot be affected by the cry protein, and therefore are not affected by Bt.[8][9]
In 1902, B. thuringiensis was first discovered in silkworms by Japanese sericultural engineer Ishiwatari Shigetane (石渡 繁胤). He named it B. sotto,[10] using the Japanese word sottō (卒倒, 'collapse'), here referring to bacillary paralysis.[11] In 1911, German microbiologist Ernst Berliner rediscovered it when he isolated it as the cause of a disease called Schlaffsucht in flour moth caterpillars in Thuringia (hence the specific name thuringiensis, "Thuringian").[12] B. sotto would later be reassigned as B. thuringiensis var. sotto.[13]
In 1976, Robert A. Zakharyan reported the presence of a plasmid in a strain of B. thuringiensis and suggested the plasmid's involvement in endospore and crystal formation.[14][15] B. thuringiensis is closely related to B. cereus, a soil bacterium, and B. anthracis, the cause of anthrax; the three organisms differ mainly in their plasmids.[16]: 34–35 Like other members of the genus, all three are capable of producing endospores.[1]
B. thuringiensis is placed in the Bacillus cereus group which is variously defined as: seven closely related species: B. cereus sensu stricto (B. cereus), B. anthracis, B. thuringiensis, B. mycoides, B. pseudomycoides, and B. cytotoxicus;[17] or as six species in a Bacillus cereus sensu lato: B. weihenstephanensis, B. mycoides, B. pseudomycoides, B. cereus, B. thuringiensis, and B. anthracis. Within this grouping B.t. is more closely related to B.ce. It is more distantly related to B.w., B.m., B.p., and B.cy.[18]
There are several dozen recognized subspecies of B. thuringiensis. Subspecies commonly used as insecticides include B. thuringiensis subspecies kurstaki (Btk), subspecies israelensis (Bti) and subspecies aizawai (Bta).[19][20][21][22] Some Bti lineages are clonal.[18]
Some strains are known to carry the same genes that produce enterotoxins in B. cereus, and so it is possible that the entire B. cereus sensu lato group may have the potential to be enteropathogens.[18]
The proteins that B. thuringiensis is most known for are encoded by cry genes.[23] In most strains of B. thuringiensis, these genes are located on a plasmid (in other words cry is not a chromosomal gene in most strains).[24][25][26][18] If these plasmids are lost it becomes indistinguishable from B. cereus as B. thuringiensis has no other species characteristics. Plasmid exchange has been observed both naturally and experimentally both within B.t. and between B.t. and two congeners, B. cereus and B. mycoides.[18]
plcR is an indispensable transcription regulator of most virulence factors, its absence greatly reducing virulence and toxicity. Some strains do naturally complete their life cycle with an inactivated plcR. It is half of a two-gene operon along with the heptapeptide papR. papR is part of quorum sensing in B. thuringiensis.[18]
Various strains including Btk ATCC 33679 carry plasmids belonging to the wider pXO1-like family. (The pXO1 family being a B. cereus-common family with members of ≈330kb length. They differ from pXO1 by replacement of the pXO1 pathogenicity island.) The insect parasite Btk HD73 carries a pXO2-like plasmid (pBT9727) lacking the 35kb pathogenicity island of pXO2 itself, and in fact having no identifiable virulence factors. (The pXO2 family does not have replacement of the pathogenicity island, instead simply lacking that part of pXO2.)[18]
The genomes of the B. cereus group may contain two types of introns, dubbed group I and group II. B.t strains have variously 0-5 group Is and 0-13 group IIs.[18]
There is still insufficient information to determine whether chromosome-plasmid coevolution to enable adaptation to particular environmental niches has occurred or is even possible.[18]
Common with B. cereus but so far not found elsewhere - including in other members of the species group - are the efflux pump BC3663, the N-acyl-L-amino-acid amidohydrolase BC3664, and the methyl-accepting chemotaxis protein BC5034.[18]
Has similar proteome diversity to close relative B. cereus.[18]
Into the BT Cotton protein is 'Crystal protein'
Upon sporulation, B. thuringiensis forms crystals of two types of proteinaceous insecticidal delta endotoxins (δ-endotoxins) called crystal proteins or Cry proteins, which are encoded by cry genes, and Cyt proteins.[23]
Cry toxins have specific activities against insect species of the orders Lepidoptera (moths and butterflies), Diptera (flies and mosquitoes), Coleoptera (beetles) and Hymenoptera (wasps, bees, ants and sawflies), as well as against nematodes.[27][28] Thus, B. thuringiensis serves as an important reservoir of Cry toxins for production of biological insecticides and insect-resistant genetically modified crops. When insects ingest toxin crystals, their alkaline digestive tracts denature the insoluble crystals, making them soluble and thus amenable to being cut with proteases found in the insect gut, which liberate the toxin from the crystal.[24] The Cry toxin is then inserted into the insect gut cell membrane, paralyzing the digestive tract and forming a pore.[29] The insect stops eating and starves to death; live Bt bacteria may also colonize the insect, which can contribute to death.[24][29][30] Death occurs within a few hours or weeks.[31] The midgut bacteria of susceptible larvae may be required for B. thuringiensis insecticidal activity.[32]
A B. thuringiensis small RNA called BtsR1 can silence the Cry5Ba toxin expression when outside the host by binding to the RBS site of the Cry5Ba toxin transcript to avoid nematode behavioral defenses. The silencing results in an increase of the bacteria ingestion by C. elegans. The expression of BtsR1 is then reduced after ingestion, resulting in Cry5Ba toxin production and host death.[33]
In 1996 another class of insecticidal proteins in Bt was discovered: the vegetative insecticidal proteins (Vip; InterPro: IPR022180).[34][35] Vip proteins do not share sequence homology with Cry proteins, in general do not compete for the same receptors, and some kill different insects than do Cry proteins.[34]
In 2000, a novel subgroup of Cry protein, designated parasporin, was discovered from non-insecticidal B. thuringiensis isolates.[36] The proteins of parasporin group are defined as B. thuringiensis and related bacterial parasporal proteins that are not hemolytic, but capable of preferentially killing cancer cells.[37] As of January 2013, parasporins comprise six subfamilies: PS1 to PS6.[38]
Spores and crystalline insecticidal proteins produced by B. thuringiensis have been used to control insect pests since the 1920s and are often applied as liquid sprays.[39] They are now used as specific insecticides under trade names such as DiPel and Thuricide. Because of their specificity, these pesticides are regarded as environmentally friendly, with little or no effect on humans, wildlife, pollinators, and most other beneficial insects, and are used in organic farming;[28] however, the manuals for these products do contain many environmental and human health warnings,[40][41] and a 2012 European regulatory peer review of five approved strains found, while data exist to support some claims of low toxicity to humans and the environment, the data are insufficient to justify many of these claims.[42]
New strains of Bt are developed and introduced over time[43] as insects develop resistance to Bt,[44] or the desire occurs to force mutations to modify organism characteristics[45], or to use homologous recombinant genetic engineering to improve crystal size and increase pesticidal activity,[46] or broaden the host range of Bt and obtain more effective formulations.[47] Each new strain is given a unique number and registered with the U.S. EPA[48] and allowances may be given for genetic modification depending on "its parental strains, the proposed pesticide use pattern, and the manner and extent to which the organism has been genetically modified".[49] Formulations of Bt that are approved for organic farming in the US are listed at the website of the Organic Materials Review Institute (OMRI)[50] and several university extension websites offer advice on how to use Bt spore or protein preparations in organic farming.[51][29]
The Belgian company Plant Genetic Systems (now part of Bayer CropScience) was the first company (in 1985) to develop genetically modified crops (tobacco) with insect tolerance by expressing cry genes from B. thuringiensis; the resulting crops contain delta endotoxin.[52][53] The Bt tobacco was never commercialized; tobacco plants are used to test genetic modifications since they are easy to manipulate genetically and are not part of the food supply.[54][55]
In 1985, potato plants producing CRY 3A Bt toxin were approved safe by the Environmental Protection Agency, making it the first human-modified pesticide-producing crop to be approved in the US,[57][58] though many plants produce pesticides naturally, including tobacco, coffee plants, cocoa, cotton and black walnut. This was the 'New Leaf' potato, and it was removed from the market in 2001 due to lack of interest.[59]
In 1996, genetically modified maize producing Bt Cry protein was approved, which killed the European corn borer and related species; subsequent Bt genes were introduced that killed corn rootworm larvae.[60]
The Bt genes engineered into crops and approved for release include, singly and stacked: Cry1A.105, CryIAb, CryIF, Cry2Ab, Cry3Bb1, Cry34Ab1, Cry35Ab1, mCry3A, and VIP, and the engineered crops include corn and cotton.[61][62]: 285ff
Corn genetically modified to produce VIP was first approved in the US in 2010.[63]
In India, by 2014, more than seven million cotton farmers, occupying twenty-six million acres, had adopted Bt cotton.[64]
Monsanto developed a soybean expressing Cry1Ac and the glyphosate-resistance gene for the Brazilian market, which completed the Brazilian regulatory process in 2010.[65][66]
Bt aspen - specifically Populus hybrids - have been developed. They do suffer lesser leaf damage from insect herbivory. The results have not been entirely positive however: The intended result - better timber yield - was not achieved, with no growth advantage despite that reduction in herbivore damage; one of their major pests still preys upon the transgenic trees; and besides that, their leaf litter decomposes differently due to the transgenic toxins, resulting in alterations to the aquatic insect populations nearby.[67]
The use of Bt toxins as plant-incorporated protectants prompted the need for extensive evaluation of their safety for use in foods and potential unintended impacts on the environment.[68]
Concerns over the safety of consumption of genetically modified plant materials that contain Cry proteins have been addressed in extensive dietary risk assessment studies. As a toxic mechanism, cry proteins bind to specific receptors on the membranes of mid-gut (epithelial) cells of the targeted pests, resulting in their rupture. While the target pests are exposed to the toxins primarily through leaf and stalk material, Cry proteins are also expressed in other parts of the plant, including trace amounts in maize kernels which are ultimately consumed by both humans and animals.[69] However, other organisms (including humans, other animals and non-targeted insects) that lack the appropriate receptors in their gut cannot be affected by the cry protein, and therefore are not affected by Bt.[8][9]
Animal models have been used to assess human health risk from consumption of products containing Cry proteins. The United States Environmental Protection Agency recognizes mouse acute oral feeding studies where doses as high as 5,000 mg/kg body weight resulted in no observed adverse effects.[70] Research on other known toxic proteins suggests that toxicity occurs at much lower doses, further suggesting that Bt toxins are not toxic to mammals.[71] The results of toxicology studies are further strengthened by the lack of observed toxicity from decades of use of B. thuringiensis and its crystalline proteins as an insecticidal spray.[72]
Introduction of a new protein raised concerns regarding the potential for allergic responses in sensitive individuals. Bioinformatic analysis of known allergens has indicated there is no concern of allergic reactions as a result of consumption of Bt toxins.[73] Additionally, skin prick testing using purified Bt protein resulted in no detectable production of toxin-specific IgE antibodies, even in atopic patients.[74]
Studies have been conducted to evaluate the fate of Bt toxins that are ingested in foods. Bt toxin proteins have been shown to digest within minutes of exposure to simulated gastric fluids.[75] The instability of the proteins in digestive fluids is an additional indication that Cry proteins are unlikely to be allergenic, since most known food allergens resist degradation and are ultimately absorbed in the small intestine.[76]
Ecological risk assessment aims to ensure there is no unintended impact on non-target organisms and no contamination of natural resources as a result of the use of a new substance, such as the use of Bt in genetically modified crops. The impact of Bt toxins on the environments where transgenic plants are grown has been evaluated to ensure no adverse effects outside of targeted crop pests.
Concerns over possible environmental impact from accumulation of Bt toxins from plant tissues, pollen dispersal, and direct secretion from roots have been investigated. Bt toxins may persist in soil for over 200 days, with half-lives between 1.6 and 22 days. Much of the toxin is initially degraded rapidly by microorganisms in the environment, while some is adsorbed by organic matter and persists longer.[77] Some studies, in contrast, claim that the toxins do not persist in the soil.[77][78][79] Bt toxins are less likely to accumulate in bodies of water, but pollen shed or soil runoff may deposit them in an aquatic ecosystem. Fish species are not susceptible to Bt toxins if exposed.[80]
The toxic nature of Bt proteins has an adverse impact on many major crop pests, but ecological risk assessments have been conducted to ensure safety of beneficial non-target organisms that may come into contact with the toxins. Widespread concerns over toxicity in non-target lepidopterans, such as the monarch butterfly, have been disproved through proper exposure characterization, where it was determined that non-target organisms are not exposed to high enough amounts of the Bt toxins to have an adverse effect on the population.[81] Soil-dwelling organisms, potentially exposed to Bt toxins through root exudates, are not impacted by the growth of Bt crops.[82]
Multiple insects have developed a resistance to B. thuringiensis. In November 2009, Monsanto scientists found the pink bollworm had become resistant to the first-generation Bt cotton in parts of Gujarat, India - that generation expresses one Bt gene, Cry1Ac. This was the first instance of Bt resistance confirmed by Monsanto anywhere in the world.[83][84] Monsanto responded by introducing a second-generation cotton with multiple Bt proteins, which was rapidly adopted.[83] Bollworm resistance to first-generation Bt cotton was also identified in Australia, China, Spain, and the United States.[85] Additionally, resistance to Bt was documented in field population of diamondback moth in Hawaii, the continental US, and Asia.[86] Studies in the cabbage looper have suggested that a mutation in the membrane transporter ABCC2 can confer resistance to Bt Cry1Ac.[87]
Several studies have documented surges in "sucking pests" (which are not affected by Bt toxins) within a few years of adoption of Bt cotton. In China, the main problem has been with mirids,[88][89] which have in some cases "completely eroded all benefits from Bt cotton cultivation".[90] The increase in sucking pests depended on local temperature and rainfall conditions and increased in half the villages studied. The increase in insecticide use for the control of these secondary insects was far smaller than the reduction in total insecticide use due to Bt cotton adoption.[91] Another study in five provinces in China found the reduction in pesticide use in Bt cotton cultivars is significantly lower than that reported in research elsewhere, consistent with the hypothesis suggested by recent studies that more pesticide sprayings are needed over time to control emerging secondary pests, such as aphids, spider mites, and lygus bugs.[92]
Similar problems have been reported in India, with both mealy bugs[93][94] and aphids[95] although a survey of small Indian farms between 2002 and 2008 concluded Bt cotton adoption has led to higher yields and lower pesticide use, decreasing over time.[96]
The controversies surrounding Bt use are among the many genetically modified food controversies more widely.[97]
The most publicised problem associated with Bt crops is the claim that pollen from Bt maize could kill the monarch butterfly.[98] The paper produced a public uproar and demonstrations against Bt maize; however by 2001 several follow-up studies coordinated by the USDA had asserted that "the most common types of Bt maize pollen are not toxic to monarch larvae in concentrations the insects would encounter in the fields."[99][100][101][102] Similarly, B. thuringiensis has been widely used for controlling Spodoptera littoralis larvae growth due to their detrimental pest activities in Africa and Southern Europe. However, S. littoralis showed resistance to many strains of B. thuriginesis and were only effectively controlled by a few strains.[103]
A study published in Nature in 2001 reported Bt-containing maize genes were found in maize in its center of origin, Oaxaca, Mexico.[104] Another Nature paper published in 2002 claimed that the previous paper's conclusion was the result of an artifact caused by an inverse polymerase chain reaction and that "the evidence available is not sufficient to justify the publication of the original paper."[105] A significant controversy happened over the paper and Nature's unprecedented notice.[106]
A subsequent large-scale study in 2005 failed to find any evidence of genetic mixing in Oaxaca.[107] A 2007 study found the "transgenic proteins expressed in maize were found in two (0.96%) of 208 samples from farmers' fields, located in two (8%) of 25 sampled communities." Mexico imports a substantial amount of maize from the U.S., and due to formal and informal seed networks among rural farmers, many potential routes are available for transgenic maize to enter into food and feed webs.[108] One study found small-scale (about 1%) introduction of transgenic sequences in sampled fields in Mexico; it did not find evidence for or against this introduced genetic material being inherited by the next generation of plants.[109][110] That study was immediately criticized, with the reviewer writing, "Genetically, any given plant should be either non-transgenic or transgenic, therefore for leaf tissue of a single transgenic plant, a GMO level close to 100% is expected. In their study, the authors chose to classify leaf samples as transgenic despite GMO levels of about 0.1%. We contend that results such as these are incorrectly interpreted as positive and are more likely to be indicative of contamination in the laboratory."[111]
As of 2007, a new phenomenon called colony collapse disorder (CCD) began affecting bee hives all over North America. Initial speculation on possible causes included new parasites, pesticide use,[112] and the use of Bt transgenic crops.[113] The Mid-Atlantic Apiculture Research and Extension Consortium found no evidence that pollen from Bt crops is adversely affecting bees.[99][114] According to the USDA, "Genetically modified (GM) crops, most commonly Bt corn, have been offered up as the cause of CCD. But there is no correlation between where GM crops are planted and the pattern of CCD incidents. Also, GM crops have been widely planted since the late 1990s, but CCD did not appear until 2006. In addition, CCD has been reported in countries that do not allow GM crops to be planted, such as Switzerland. German researchers have noted in one study a possible correlation between exposure to Bt pollen and compromised immunity to Nosema."[115] The actual cause of CCD was unknown in 2007, and scientists believe it may have multiple exacerbating causes.[116]
Some isolates of B. thuringiensis produce a class of insecticidal small molecules called beta-exotoxin, the common name for which is thuringiensin.[117] A consensus document produced by the OECD says: "Beta-exotoxins are known to be toxic to humans and almost all other forms of life and its presence is prohibited in B. thuringiensis microbial products".[118] Thuringiensins are nucleoside analogues. They inhibit RNA polymerase activity, a process common to all forms of life, in rats and bacteria alike.[119]
Opportunistic pathogen of animals other than insects, causing necrosis, pulmonary infection, and/or food poisoning. How common this is, is unknown, because these are always taken to be B. cereus infections and are rarely tested for the Cry and Cyt proteins that are the only factor distinguishing B. thuringiensis from B. cereus.[18]
Bacillus thuringiensis is no longer the sole source of pesticidal proteins. The Bacterial Pesticidal Protein Resource Center (BPPRC) provides information on the rapidly expanding field of pesticidal proteins for academics, regulators, and research and development personnel[120] [121] [122]
Gram stain of Bacillus thuringiensis under 1000 × magnification Bacillus thuringiensis (or Bt) is a gram-positive, soil-dwelling bacterium, the most commonly used biological pesticide worldwide. B. thuringiensis also occurs naturally in the gut of caterpillars of various types of moths and butterflies, as well on leaf surfaces, aquatic environments, animal feces, insect-rich environments, and flour mills and grain-storage facilities. It has also been observed to parasitize other moths such as Cadra calidella—in laboratory experiments working with C. calidella, many of the moths were diseased due to this parasite.
During sporulation, many Bt strains produce crystal proteins (proteinaceous inclusions), called delta endotoxins, that have insecticidal action. This has led to their use as insecticides, and more recently to genetically modified crops using Bt genes, such as Bt corn. Many crystal-producing Bt strains, though, do not have insecticidal properties. The subspecies israelensis is commonly used for control of mosquitoes and of fungus gnats.
As a toxic mechanism, cry proteins bind to specific receptors on the membranes of mid-gut (epithelial) cells of the targeted pests, resulting in their rupture. Other organisms (including humans, other animals and non-targeted insects) that lack the appropriate receptors in their gut cannot be affected by the cry protein, and therefore are not affected by Bt.
Bacillus thuringiensis (o Bt) es una bacteria grampositiva que habita en el suelo, y que se utiliza comúnmente como una alternativa biológica al plaguicida. También se le puede extraer la toxina Cry y utilizarla como plaguicida. B. thuringiensis también aparece de manera natural en el intestino de las orugas de diferentes tipos de polillas y de mariposas, así como en las superficies de las plantas.[1]
Durante la esporulación, muchas cepas de Bt producen cristales proteínicos, conocidos como δ-endotoxinas, que poseen propiedades insecticidas. Por esta razón se ha empleado el Bt como insecticida y, más recientemente, para producir organismos genéticamente modificados. Sin embargo, existen cepas de Bt que producen cristal que no tiene acción insecticida.[2]
Bacillus thuringiensis fue descubierta en 1902 por el biólogo japonés Shigetane Ishiwatari. En 1911, la bacteria fue redescubierta en Alemania por Ernst Berliner, quien la aisló como causante de una enfermedad que contraían las orugas de polilla gris de la harina (llamada “Schalffsucht”). En 1976, Robert A. Zakharyan informó de la presencia de un plásmido en una cepa de B. thuringiensis y sugirió que éste participaba en la formación de endosporas y de cristales.[3][4] B. thuringiensis está estrechamente relacionada con B. cereus, una bacteria de los suelos, y con B. anthracis, la causante del carbunco: estos tres organismos se diferencian principalmente por sus plásmidos. Al igual que otros miembros del género, estas tres bacterias son aerobios capaces de producir endosporas.[1] En la esporulación, B. thuringiensis forma cristales de δ-endotoxinas proteínicas de acción insecticida (llamados cristales de proteína o proteínas Cry), que son codificados por los genes Cry.[5] En la mayoría de las cepas de B. thuringiensis los genes Cry están localizados en los plásmidos.[6][7][8]
Las toxinas Cry son específicamente activas contra insectos de los órdenes Lepidoptera (polillas y mariposas), Diptera (moscas y mosquitos), Coleoptera (escarabajos), Hemiptera (chinches) y contra los nemátodos (gusanos). Así, B. thuringiensis actúa como una importante reserva de toxinas Cry para la producción de insecticidas biológicos y de cultivos modificados genéticamente.
Desde 1920 se han utilizado las esporas y los cristales de proteína insecticidas producidos por B. thuringiensis como biopesticida en el control de plagas.[9] Actualmente se utilizan como insecticidas específicos bajos nombres comerciales como Bioster, Dipel y Thuricide. Estos plaguicidas son considerados respetuosos con el medio ambiente por su especificación, ya que su efecto sobre los humanos, sobre la vida silvestre, sobre los polinizadores y sobre muchos otros insectos beneficiosos es mínimo o casi nulo. La compañía belga Plant Genetic Sistems fue la primera (en 1985) en desarrollar plantas genéticamente modificadas (tabaco) con tolerancia a los insectos mediante la expresión de los genes Cry de B. thuringiensis.[10][11] A menudo, los insecticidas basados en B. thuringiensis que se aplican como spray líquido en plantas de cultivo deben ser ingeridos para tener efecto. Cuando los insectos ingieren los cristales proteicos, el pH alcalino de su tracto digestivo activa la toxina Cry, la cual se inserta en el epitelio del intestino del insecto, provocando poros en el epitelio. El poro causa una lisis celular (rotura de la membrana celular) y la posterior muerte del insecto.[12][13][14]
Bacillus thuringiensis serotipo israelensis, una cepa de Bt que se emplea ampliamente como larvicida contra los mosquitos, también se considera un método para controlar la población de mosquitos respetuoso con el medio ambiente.
En 1995, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos aprobó la plantación de patatas productoras de toxinas Bt, convirtiéndolas en el primer cultivo productor de un plaguicida en ser aprobado en los Estados Unidos.[16] En 1996, los agricultores estadounidenses cultivaban maíz Bt, patata Bt y algodón Bt.[17]
En 2006, se plantaron 281.500 km² de cultivos Bt (165.000 km² de maíz Bt y 115.900 km² de algodón Bt). Esto es el equivalente al 11,1% y al 33,6% de las plantaciones mundiales en 2006 de maíz y de algodón respectivamente.[18] Mientras que los defensores de esta tecnología exigen mayores beneficios para los agricultores, incluyendo a aquellos con escasos recursos de los países en vías de desarrollo, los detractores cuestionan que la tecnología Bt pueda realmente ayudarlos. La tarea de aislar los impactos de esta tecnología es complicada debido al predominio de observadores parciales y a la poca abundancia de comparaciones controladas (como por ejemplo, semillas idénticas que sólo se diferencian por la presencia o la ausencia de los rasgos Bt y que se cultivan en situaciones idénticas). El principal cultivo de los pequeños agricultores de los países en vías de desarrollo es el algodón. Un examen de las conclusiones del algodón Bt, realizado recientemente por economistas agrarios reconocidos e imparciales, afirma que “el balance general es contradictorio pero prometedor. Los beneficios económicos son altamente variables según el año, según el tipo de explotación y según la situación geográfica”.[19]
Los impactos medioambientales parecieron ser positivos durante los primeros diez años de uso de los cultivos Bt (1996 - 2005). Un estudio concluye que el uso de insecticidas en el algodón y en el maíz durante este periodo disminuyó en 35,6 millones de kg de ingrediente activo, lo que aproximadamente equivale a la cantidad total de plaguicida aplicado en los campos de cultivo de Estados Unidos durante un año. Calculando con la medida del Cociente de Impacto Medioambiental (EIQ por sus siglas en inglés) el impacto provocado por los plaguicidas,[20] el uso de la tecnología Bt durante los últimos diez años se ha traducido en una reducción del impacto medioambiental asociado con el uso de plaguicidas en los cultivos de algodón y de maíz del 24,3% y del 4,6% respectivamente en aquellas áreas que han adoptado esta tecnología.[18]
La expresión de toxinas Bt en cultivos transgénicos tiene varias ventajas:
En general, los cultivos modificados con Bt parecen ser medioambientalmente seguros.[21] Las proteínas producidas por el Bt se han empleado en forma de spray para controlar las plagas agrícolas desde 1938 en Francia y desde 1958 en los EE. UU., sin que hubiera ningún efecto perjudicial aparente para el medio.[22]
Se considera que las toxinas Bt son respetuosas con el entorno y pueden ser una alternativa en potencia para insecticidas de amplio espectro. La toxicidad de cada tipo de Bt se limita a una o dos órdenes de insectos, y es inocua para los vertebrados y para muchos artrópodos beneficiosos. Esto se debe a que las toxinas Bt actúan uniéndose a los receptores apropiados en la superficie de las células epiteliales del intestino medio, por lo que no afectarán a ningún organismo que no las posea.[23][24]
Sin embargo, se ha probado en laboratorios que las toxinas Bt pueden afectar a los organismos no objeto de control. Habitualmente, aunque no siempre, los organismos que se ven afectados están estrechamente relacionados con los supuestos destinatarios.[25] Normalmente, la exposición a la toxina es causada por el consumo de partes de la planta, como el polen o los restos, o por la ingestión de organismos que a su vez habían ingerido el Bt. No obstante, debido a la significante carencia de información, las consecuencias reales de los transgénicos Bt siguen siendo inciertas.
No todos los informes científicos sobre la seguridad del Bt han sido positivos. Un estudio de 2007 financiado por la rama europea de Greenpeace, sugería que podía existir un riesgo mínimo —pero estadísticamente relevante— de daño hepático en ratas.[26] Aunque se pueden observar pequeños cambios estadísticamente relevantes, estas diferencias estadísticas (conocidas como Errores de tipo I) son probables y predecibles en este tipo de estudios sobre animales, ya que la probabilidad de encontrar un falso negativo depende únicamente del azar. En este caso, el número de resultados positivos estaba dentro del rango estadístico predecible para Errores de tipo I.
La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria no estima que los cambios que se han observado tengan relevancia biológica.[27] Un estudio austriaco de 2008 que investigaba la utilidad de un modelo de ratones de reproducción a largo plazo para la seguridad de cultivos modificados genéticamente, informó de que el consumo de maíz tratado con Bt por parte de los ratones parecía estar relacionado con la reducción de la fertilidad a través de un mecanismo bioquímico desconocido.[28]
La exposición constante a una toxina da lugar a la presión selectiva, que contribuye a que las plagas se hagan resistentes a la toxina. Actualmente, se sabe que la población de un tipo de polillas se ha vuelto resistente al Bt en forma de spray (es decir, sin ingeniería genética) cuando se utiliza en la agricultura ecológica.[29] El mismo investigador ha informado recientemente del primer caso documentado de una plaga resistente al algodón transgénico.[30][31]
Un método para reducir la resistencia, es crear refugios de cultivos no modificados con Bt para que algunos insectos no resistentes puedan sobrevivir y mantener así una población vulnerable a la toxina. En 1996, la comercialización de algodón y de maíz transgénico se acompañó de una estrategia de gestión para evitar que los insectos se volvieran resistentes a los cultivos Bt. Los planes de gestión de la resistencia de los insectos son obligatorios para los cultivos Bt en EE. UU. y en otros países. El objetivo es estimular una gran parte de la población de plagas de manera que los genes resistentes al Bt no estén ampliamente diseminados. Esta técnica se basa en la suposición de que los genes resistentes serán recesivos.
Esto significa que, con niveles suficientemente altos de expresión de los transgenes, casi todos los heterocigotos (S/s) —el sector más grande de la población de la plaga con alelos resistentes— morirán antes de alcanzar la madurez, evitando así la transmisión del gen resistente a sus descendientes.[32] Plantar refugios (es decir, campos de plantas no transgénicas) adyacentes a los campos de cultivos transgénicos hará que sea más probable que los individuos homocigóticos (s/s) y todos los heterocigotos supervivientes se apareen con individuos susceptibles (S/S) del refugio, en lugar de hacerlo con otros individuos que presenten el alelo resistente. Como consecuencia, la frecuencia de los genes resistentes en la población será baja.
Sin embargo, hay limitaciones que pueden afectar al éxito de la estrategia de dosis altas y refugios. Por ejemplo, la expresión del gen Bt puede variar. Así pues, si la temperatura no es la ideal, esta tensión puede reducir la producción de toxinas y hacer que la planta sea más susceptible. Y lo que es más importante, se han registrado expresiones de toxina de temporada tardía reducidas, posiblemente como consecuencia de una Metilación del ADN del promotor.[33] De esta manera, mientras la estrategia de dosis altas y refugios ha conseguido alargar la durabilidad de los cultivos Bt, su éxito también ha tenido mucho que ver con los factores clave que no dependen de la estrategia de gestión, incluyendo las bajas frecuencias iniciales de alelos resistentes, los costes de adaptación asociados con la resistencia y la abundancia de plantas huéspedes no Bt, que han complementado los refugios plantados.[34]
En noviembre de 2009, científicos de Monsanto afirmaron descubrir que la lagarta rosada (una especie de lepidóptero) se había vuelto resistente al algodón Bt en algunas partes de Guyarat, en la India. Este cultivo ya no resulta eficaz para matar plagas en cuatro regiones del país asiático (Amreli, Bhavnagar, Junagarh y Rajkot). Este fue el primer caso de resistencia al Bt en todo el mundo, reconocido por Monsanto.[35] La empresa californiana confirmó que el gusano había adquirido resistencia a la primera generación de algodón Bollgard Cry1Ac, la cual expresa un solo gen Bt.[36]
Los granjeros chinos han descubierto que después de cultivar algodón Bt durante siete años, las poblaciones de otros insectos que no sean las larvas de polilla, como los míridos, se han convertido en un problema importante. Problemas similares han aparecido en la India con la cochinilla harinosa.[37] .[38][39][40]
El problema relacionado con los cultivos Bt al que más publicidad se ha dado es a la alegación de que el polen del maíz Bt podría matar a la mariposa monarca.[41] Este informe fue desconcertante —pues el polen de la mayoría de plantas de maíz transgénicas contiene niveles de Bt mucho más bajos que el resto del vegetal—[42] y dio lugar a varios estudios de seguimiento. Aparentemente, el estudio inicial tenía fallos a causa de un procedimiento de recolección de polen incorrecto. Los investigadores emplearon polen no tóxico, mezclado con paredes de estambre que contenían toxinas Bt.[43] Las pruebas indicaron que los cultivos Bt no suponen ningún riesgo para esta especie de mariposas.[44]
Un estudio de la revista Nature relataba que el maíz que contenía genes Bt estaba contaminando el maíz natural en su centro de origen.[45] Nature más tarde afirmó que “las pruebas disponibles no eran suficientes para justificar la publicación del artículo original”.[46] Sin embargo, sigue habiendo polémica sobre la muy poco ortodoxa retractación de la revista.[47][48] En 1998, Ignacio Chapela, uno de los coautores del artículo original, denunció que la Universidad de California en Berkeley había aceptado una beca de investigación de varios millones de la empresa farmacéutica suiza Novartis.[47]
Un posterior estudio a larga escala, en 2005, no consiguió encontrar pruebas de contaminación en Oaxaca, México.[49] No obstante, otras investigaciones confirmaron los hallazgos iniciales acerca de la contaminación del maíz natural por parte del maíz transgénico.[50]
Aun así, estudios posteriores, como el que publicó en la revista Molecular Ecology en 2008, demostraron la existencia de cierta contaminación genética (por el promotor 35S) a pequeña escala (alrededor del 1%) en campos controlados de México.[51][52] Un metaanálisis encontró pruebas a favor y en contra de la teoría de la contaminación del maíz, y concluyó que el predominio de evidencias apuntaba a una contaminación por maíz Bt en México.[53]
A partir de 2017, un nuevo fenómeno llamado Problema de Colapso de Colonias (CCD por sus siglas en inglés) está afectando a colmenas de abejas por toda Norteamérica. Las especulaciones iniciales sobre cuales podrían ser las causas abarcan desde los teléfonos móviles y el uso de plaguicidas[54] hasta el uso de cultivos Bt.[55] La Mid-Atlantic Apiculture Research and Extension Consortium, colectivo dedicado a tratar las crisis en la industria apicultora provocadas por el uso de plaguicidas, publicó en marzo de 2007 un informe en el que afirmaba que no se habían encontrado pruebas de que el polen de los cultivos Bt fuera perjudicial para las abejas.[56] La causa real del Problema de Colapso de Colonias sigue siendo desconocida, y los científicos creen que pueden existir múltiples causas.[57]
Datos: Q310467
Multimedia:
Especies: Bacillus thuringiensis
Bacillus thuringiensis (o Bt) es una bacteria grampositiva que habita en el suelo, y que se utiliza comúnmente como una alternativa biológica al plaguicida. También se le puede extraer la toxina Cry y utilizarla como plaguicida. B. thuringiensis también aparece de manera natural en el intestino de las orugas de diferentes tipos de polillas y de mariposas, así como en las superficies de las plantas.
Durante la esporulación, muchas cepas de Bt producen cristales proteínicos, conocidos como δ-endotoxinas, que poseen propiedades insecticidas. Por esta razón se ha empleado el Bt como insecticida y, más recientemente, para producir organismos genéticamente modificados. Sin embargo, existen cepas de Bt que producen cristal que no tiene acción insecticida.
Bacillus thuringiensis Bacillus generoko bakterioa da, intsektu batzuen parasitoa dena. Ishiwata Shigetane biologo japoniarrak deskribatu zuen lehenbizikoz 1901ean [1].
Bacillus thuringiensis bakterio Gram positiboa da, bazilo itxura duena. Aerobioa da eta -Bacillus guztien antzera-endosporak sortzeko gai da. Endosporak erresistentzia handiko egiturak dira, bakterioa bizirik eta sor egoeran mantentzen dutenak ingurugiroko baldintzak oso gogorrak eta aurkakoak izan arren. Bacillus thuringiensis-en kasuan endosporak zelularen mutur batean sortzen dira eta ez dute zelula desitxuratzen.
Lurzoruan bizi da, beste Bacillus batzuen antzera (Bacillus cereus, Bacillus anthracis...).
Endosporaz gain, mikrobio honek berezko egitura du zelula barnean: proteinazko kristal bat, toxina indartsua duena (δ-endotoxina). Toxina hori hilgarria da intsektu askorentzat, eta bere sintesia kodetzen duten geneak bakterioaren plasmido batean daude [2].
Hainbat intsekturen parasitoa denez, Bacillus thuringiensis eta bere toxina asko erabili da nekazaritzan biointsektizida moduan, intsektuen izurritei aurre egiteko.
Bacillus thuringiensis-en toxina oso eraginkorra da intsektu hauen aurka: Lepidoptera (tximeletak eta sitsak), Diptera (euliak eta eltxoak), Coleoptera (kakalardoak), Hemiptera (zimitzak), etab. Intsektu horiek guztiak, eta bereziki haien larbak, oso kaltegarriak dira nekazaritzarako.
Mikrobioaren toxina pH basikoan aktibatzen da: intsektuaren larbak aho-bidetik bakterioa edo bere esporak irensten dituenean, toxina aktibatu egiten da digestio-aparatura iristerakoan (larben hestean pHa oso basikoa baita: 9,5-10). Horrenbestez, toxina bera ez da kaltegarria gizakia eta beste ugaztunentzat (pH azidoa dutenak digestio-aparatuan).
XX. mendeko 50eko hamarkadatik biopestizidak arrakasta handiz erabiltzen dira AEB-etan, eta gaur egun mundu osora zabaldu dira. Biopestizida horiek ez diote ingurumenari inongo kalterik egiten: ez gizakia, ezta polinizatzaileak eta beste intsektu onuragarriak ez baitira kaltetuta suertatzen biopestiziden erabileraren ondorioz.
Bacillus thuringiensis Bacillus generoko bakterioa da, intsektu batzuen parasitoa dena. Ishiwata Shigetane biologo japoniarrak deskribatu zuen lehenbizikoz 1901ean .
Bacillus thuringiensis (souvent abrégé en Bt) est une espèce de bactérie utilisée pour ses propriétés insecticides. C'est un bacille Gram positif, aérobie facultatif, ubiquiste et sporulé. On le retrouve en faible quantité dans pratiquement tous les sols, l'eau, l'air et le feuillage des végétaux. Il fait partie d'un ensemble de six bacilles dénommé « groupe Bacillus cereus » : B. anthracis (responsable de la maladie du charbon), B. cereus, B. mycoides, B. pseudomycoides, B. weihenstephanensis et B. thuringiensis.
Bacillus thuringiensis a été isolé en 1901 par le bactériologiste japonais S. Ishiwata à partir de vers à soie qu'il peut infecter et tuer mais sa première description scientifique est due à l'allemand Ernst Berliner (de) en 1911.
L'acronyme Bt désigne aussi fréquemment la molécule pesticide (insecticide, acaricide...), parfois dénommée thuringiensine, obtenue à partir de cette bactérie (ou des bactéries proches telles que Bacillus sphaericus), ou encore produite par génie génétique par des plantes (OGM) dans lesquelles on a introduit certains fragments du génome de cette bactérie.
En 2006, le Bt était le biopesticide le plus utilisé (comme bio-insecticide) avec plus de 90 % du marché des bioinsecticides, mais seulement 2 % à peine du marché global des insecticides (Fargues et Bourguet 2005). Il est aussi produit par les plantes transgéniques, sans effet sur certaines espèces d’insectes qui y sont devenues résistantes ou plus ou moins bien dans certains cas.
À l'état végétatif, le bacille Bacillus thuringiensis a la forme d'un bâtonnet de 5 µm de long sur 1 µm de large, pourvu de flagelles.
Il se distingue des autres bacilles du groupe cereus par sa capacité à synthétiser et excréter des δ -endotoxines qui sont des cristaux (Cri) mortellement toxiques pour certains insectes et certains invertébrés. Ces cristaux ne sont pas minéraux, mais protéiques (formés de l'association de plusieurs protéines qui, ensemble, ont une propriété insecticide sur les larves de lépidoptères, les coléoptères et/ou les diptères). Elles agissent en détruisant les cellules de l'intestin moyen de la larve d'insecte atteint par ces toxines, ce qui aboutit à la mort de l'insecte, qui peut alors être consommé par le bacille.
On connaît actuellement plus de 14 gènes codant ces protéines dénommées "Cri" (pour protéine cristal) par les biochimistes.
La bactérie synthétise des δ-endotoxines au moment de sa sporulation.
Ce sont des inclusions de cristaux qui peuvent alors composer 20 à 30 % du poids sec des cellules sporulées[2],[3]. Elles sont essentiellement composées de :
Les vertus entomotoxiques de Bacillus thuringiensis ont suscité un intérêt agricole, sylvicole et commercial dès les années 1920 (avec des essais de lutte biologique conduits en Hongrie) et dans les années 1930 (en Yougoslavie) afin de contrôler des insectes (Lépidoptères notamment)[7]. Cet intérêt s'est renouvelé — de manière bien plus marquée — à la fin du XXe siècle avec le développement du génie génétique et de l'agriculture biologique.
Les premières applications de Bacillus thuringiensis dans l'environnement dateraient de 1930. Elle a ensuite été utilisée dès les années 1950 dans les forêts, les champs et les vignobles.
Jusqu'au milieu des années 1970, sa principale application était la lutte contre les lépidoptères défoliateurs dans les forêts et certains papillons parasites des grandes cultures, du maïs notamment.
En 1976, la découverte de deux sérotypes dits israelensis (« Bti ») et tenebrionis (Btt) a permis l'ouverture de nouveaux marchés, grâce à une action larvicide sur les moustiques, les simulies et les coléoptères.
Aujourd'hui la bactérie Bacillus thuringiensis est l'insecticide le plus utilisé au monde en agriculture biologique[9],[10].
Ce produit, lorsqu'il est d'origine naturelle, est autorisé en agriculture bio, sous forme de poudre.
La toxine Bacillus thuringiensis (Bt) est également utilisé dans des OGM (maïs Bt, Coton Bt, etc.) ce qui a permis de remplacer les insecticides chimiques dans une large gamme de cultures[11] bien que des souches de ravageurs des cultures devenues résistantes au Bt commencent à poser problème.
Il sert notamment à désinsectiser la Camargue en France[12].
La toxicité du Bt pur pour des animaux à sang chaud n'est pas nulle[13].
Ainsi la thuringiensine purifiée inhalée présente une toxicité pulmonaire significative chez le rat de laboratoire (souche Sprague-Dawley, traité via l'instillation intratrachéale) avec 0 ; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2 ; 6,4 et 9,6l mg de thuringiensine par kg de poids corporel. La DL50 aiguë pulmonaire est de 4,4 mg/kg. Et le nombre de cellules inflammatoires et la quantité de lactate déshydrogénase (LDH) dans le lavage broncho-alvéolaire (LBA) augmentent de manière « dose-dépendante »[13].
Avec une dose efficace de 1,6 mg/kg retenue pour l'étude de l'évolution temporelle de la toxicité pulmonaire, le poids des poumons a augmenté chez les rats traités, ainsi que le taux d'hydroxyproline pulmonaire et le nombre total de cellules trouvées dans le LBA 2, 4, 7, 14, 28 et 56 jours après le traitement. Par rapport aux témoins, les taux de protéines totales du LBA ont augmenté de 361, 615, 116, 41, 34 et 41 %, après respectivement 2, 4, 7, 14, 28 et 56 jours[13]. L'activité de l'enzyme LDH dans le LBA a montré une augmentation significative après 1, 2, 4, 7, 14, 28 et 56 jours, et le taux de fibronectine s'est élevé de 164, 552, 490, 769, 335, 257 et 61 %, mais ni le facteur de nécrose tumorale, ni l'interleukine-1 ont augmenté[13]. L'histologie des rats traités était anormale (avec une inflammation bronchiolitique et des alvéoles puis nécroses cellulaires dans les bronches aux jours 1 et 2, avec des zones d'épaississement septal, infiltration cellulaire et dépôt de collagène dans les espaces alvéolaires et intestinaux durant les jours 4 à 5 6. La thuringiensine purifiée présente donc une toxicité pulmonaire chez le rat[13] et le stress oxydatif semble en cause[14]. La thuringiensine peut aussi négativement agir sur l'adenylate cyclase dans le cerveau du rat[15].
On a montré à la fin des années 1970 que la thuringiensine (ou toxines dites Bt) est une protéine cristalline très sensible aux rayons ultraviolets solaires qui la dégradent rapidement[16].
Elle est également très instable en phase aqueuse[17] et sa demi-vie diminue quand la température monte[17]. Le Bt utilisé en pulvérisation a donc l'avantage d'être peu rémanent sur les feuilles (un peu plus dans le sol), avec l'inconvénient d'être actif moins longtemps.
Cependant l'industrie des biotechnologies a produit des plantes transgéniques dite "Bt", c'est-à-dire modifiées par ajout d'un ou plusieurs des gènes codant la toxine insecticide (Cry1Ab) de Bacillus thuringiensis.
Ces plantes en produisent dans leurs tissus aériens (feuilles et tige), dans leur pollen, mais également dans les exudats de la sphère racinaire (rhizosphère), d'où le Bt pourrait peut-être s'accumuler plus longtemps dans le sol (une étude de 2002 n'en a pas trouvé dans le sol de cultures de coton transgénique[18] mais la molécule peut être fortement adsorbée sur l'argile.
Selon N Helassa (2008) l'adsorption de la toxine sur les argiles du sol est une interaction de faible affinité, fortement dépendante du pH mais difficilement réversible (d'après des tests faits sur de la montmorillonite)[19]. Dans un sol argileux, la mobilité de la protéine dépendra alors de l'érosion, de transports de colloïdes et du degré de bioturbation du sol concerné. Par ailleurs, des travaux ayant porté sur la persistance de la toxine Bt dans le sol ont conclu que (dans les conditions de cette étude) plus de 50 % de l’immuno-réactivité de la toxine était perdue en moins de 7 jours[19] ; la dégradation semble ne pas être due à des microbes : « la toxine ne soit pas dégradée mais plutôt inactivée par des changements de conformations à la suite de son interaction avec les composants du sol »[19]. Des études (au champ et en laboratoire) visent à améliorer la compréhension des phénomènes d’adsorption/désorption de la protéine Bt dans le sol[19].
Le niveau de risque est discuté et il n'existe pas encore de consensus scientifique à ce propos.
Des cas de résistance (voire de forte résistance[36]) sont déjà documentés[37], dont chez les moustiques piqueurs et des insectes posant problème pour les cultures[38],[39],[40],[41],[42],[43],[44],[45],[46],[47],[48],[49], [50],[51].
Bacillus thuringiensis (souvent abrégé en Bt) est une espèce de bactérie utilisée pour ses propriétés insecticides. C'est un bacille Gram positif, aérobie facultatif, ubiquiste et sporulé. On le retrouve en faible quantité dans pratiquement tous les sols, l'eau, l'air et le feuillage des végétaux. Il fait partie d'un ensemble de six bacilles dénommé « groupe Bacillus cereus » : B. anthracis (responsable de la maladie du charbon), B. cereus, B. mycoides, B. pseudomycoides, B. weihenstephanensis et B. thuringiensis.
Bacillus thuringiensis a été isolé en 1901 par le bactériologiste japonais S. Ishiwata à partir de vers à soie qu'il peut infecter et tuer mais sa première description scientifique est due à l'allemand Ernst Berliner (de) en 1911.
L'acronyme Bt désigne aussi fréquemment la molécule pesticide (insecticide, acaricide...), parfois dénommée thuringiensine, obtenue à partir de cette bactérie (ou des bactéries proches telles que Bacillus sphaericus), ou encore produite par génie génétique par des plantes (OGM) dans lesquelles on a introduit certains fragments du génome de cette bactérie.
En 2006, le Bt était le biopesticide le plus utilisé (comme bio-insecticide) avec plus de 90 % du marché des bioinsecticides, mais seulement 2 % à peine du marché global des insecticides (Fargues et Bourguet 2005). Il est aussi produit par les plantes transgéniques, sans effet sur certaines espèces d’insectes qui y sont devenues résistantes ou plus ou moins bien dans certains cas.
Bacillus thuringiensis é unha especie bacteriana grampositiva, que vive no solo, usada comunmente como pesticida biolóxico (como bacteria completa ou só a toxina Cry extraída dela). Ademais de no solo, B. thuringiensis aparece tamén naturalmente no intestino de eirugas de varios tipos de avelaíñas e bolboretas, ou en superficies de follas, ambientes acuáticos, feces animais, ambientes ricos en insectos, muíños de fariña e depósitos de grans de cereais.[1][2]
Durante a súa esporulación, moitas cepas de B. thuringensis producen proteínas cristalinas (inclusións proteináceas), chamadas δ-endotoxinas, que teñen unha acción insecticida. Isto levou ao seu uso como insecticidas, e máis recentemente á obtención de plantas de cultivo modificadas xeneticamente utilizando os xenes Bt (Bt é a abreviatura de B. thuringensis). Porén, moitas cepas Bt produtoras de cristais non teñen propiedades insecticidas.[3]
O B. thuringiensis descubriuno en 1901 o biólogo xaponés Ishiwata Shigetane.[3] En 1911, foi redescuberto en Alemaña por Ernst Berliner, que o illou como causante dunha enfermidade nas eirugas das avelaíñas da fariña. En 1976, Robert A. Zakharyan informou da presenza dun plásmido nunha cepa de B. thuringiensis e suxeriu que o plásmido estaba implicado na formación de endósporas e cristais.[4][5] B. thuringiensis está moi relacionado coa bacteria do solo B.cereus e con B.anthracis: os tres organismos difiren principalmente nos plásmidos que posúen.[6] páx. 34-35 Igual que outros membros do xénero Bacillus, estas tres especies son aerobias e poden formar endósporas.[1] Cando esporula, B. thuringiensis forma cristais de δ-endotoxinas proteináceas insecticidas (chamadas proteínas cristalinas ou Cry, do inglés crystal), que están codificadas por xenes cry.[7] Na maioría das cepas de B. thuringiensis, os xenes cry están localizados nun plásmido, polo que non é un xene cromosómico na maioría das cepas.[8][9][10]
As toxinas Cry teñen actividades específicas contra as especies de insectos das ordes Lepidoptera (avelaíñas e bolboretas), Diptera (moscas e mosquitos), Coleoptera (escaravellos), Hymenoptera (avespas, abellas, formigas e sínfitos) e contra vermes nematodos. Deste modo, B. thuringiensis serve como un importante fonte de toxinas Cry e os seus xenes para a produción de insecticidas biolóxicos ou de plantas de cultivo modificadas xeneticamente. Cando os insectos inxiren cristais da toxina, o pH alcalino do seu tracto dixestivo desnaturaliza os cristais insolubles, facéndoos solubles e deste modo máis doados de ser cortados polas proteases que hai no tubo dixestivo do insecto, o cal libera a toxina Cry dos cristais.[8] A toxina Cry insírese despois na membrana plasmática das células do intestino do animal, e como resultado paraliza o tracto dixestivo e forma un poro.[11] O insecto deixa de alimentarse e morre de fame; o B. thuringiensis vivo pode tamén colonizar o insecto, o cal contribúe á súa morte.[8][11][12] Investigacións publicadas en 2006 suxeriron que cómpre a presenza de bacterias no tubo dixestivo medio en larvas susceptibles para que B. thuringiensis exerza as súas actividades insecticidas.[13]
En 1996 descubriuse outra clase de proteínas insecticidas do B. thuringensis, as chamadas proteínas insecticidas vexetativas (Vip).[14][15] As proteínas Vip non teñen homoloxía de secuencia coas proteínas Cry, non compiten en xeral polos mesmos receptores, e algunhas matan tipos de insectos distintos que as proteínas Cry.[14]
En 2000, descubriuse un novo grupo funcional de proteínas Cry, denominadas parasporinas, obtidas de illados non insecticidas de B. thuringiensis.[16] As proteínas do grupo das parasporinas defínense como proteínas paraspóricas bacterianas de B. thuringiensis e bacterias relacionadas que non son hemolíticas pero poden matar preferencialmente células cancerosas.[17] En 2013, o grupo das parasporinas constaba de seis subfamilias (de PS1 a PS6).[18]
As esporas e proteínas insecticidas cristalinas producidas por B. thuringiensis utilizáronse para controlar pragas de insectos desde a década de 1920s e aplícanse con frecuencia en forma de esprais líquidos.[19] Utilízanse agora como insecticidas específicos con nomes comerciais de marca como DiPel e Thuricide. Debido á súa especificidade, estes pesticidas considéranse respectuosos co medio ambiente, con pouco ou ningún efecto sobre os seres humanos, a vida silvestre, os polinizadores, e a maior parte dos outros insectos beneficiosos e utilízanse na agricultura orgánica,[20] aínda que os manuais destes produtos conteñen diversos avisos sobre a saúde humana e medio ambiente,[21][22] considérase que a toxicidade é baixa, e unha revisión feita por pares regulatoria europea de cinco cepas aprobadas encontrou que, aínda que hai datos para soster algunhas afirmacións sobre unha baixa toxicidade para os humanos e o medio ambiente, os datos son insuficientes para xustificar a maioría das afirmacións sobre unha toxicidade relevante que se teñen feito.[23]
O Bacillus thuringiensis serovar israelensis é unha cepa de B. thuringiensis amplamente usada como larvicida contra as larvas de mosquito, onde se considera que tamén é un método respectuoso co medio ambiente para o control dos mosquitos.[24]
Estanse a introducir cada pouco tempo novas cepas de B. thuringiensis dado que os insectos, por exemplo, desenvolven resistencia a B. thuringiensis,[25] ou se desexa forzar a aparición de mutacións para modificar as características dun organimso[26] ou para usar enxeñaría xenética recombinante homóoga para mellorar o tamaño dos cristais e incrementar a actividade pesticida[27] ou ampliar o espectro de hóspedes do bacilo e obter formulacións máis efectivas,[28] etc.[29] A cada cepa se lle dá un número de identificación e un rexistro[30] e poden darse permisos para a modificación xenética.[31] No caso dos EEUU, as formulacións de Bt que son aprobadas para a agricultura ecolóxica están listadas nun sitio web do Organic Materials Review Institute (OMRI)[32] e varias páxinas web de universidades dan consellos sobre o uso das esporas ou preparacións de proteínas Bt na agricultura ecolóxica.[33][34]
A primeira compañía (en 1985) que desenvolveu plantas de tabaco transformadas por enxeñaría xenética para que tivesen tolerancia aos insectos ao expresaren xenes cry procedentes de B. thuringiensis, foi a compañía belga Plant Genetic Systems (que agora é parte de Bayer CropScience).[35][36] O tabaco Bt nunca foi comercializado, pero estas plantas de tabaco utilízanse para probas de modificacións xenéticas, xa que son doadas de manipular xeneticamente.[37][38]
En 1995, aprobáronse como "seguras" unhas plantas de tabaco transformadas para que producisen a toxina Bt CRY 3A pola Axencia de Protección Ambiental de EEUU, polo que foi esta a primeira planta de cultivo autoprodutora de pesticida aprobada nese país.[40][41] Chamábase patata "New Leaf" e foi retirada do mercado en 2001 debido á falta de interese do mercado.[42]
En 1996, aprobouse o millo modificado xeneticamente que produce a proteína Bt Cry, que mataba as eirugas do trade do millo europeo e outras especies relacionadas; despois fóronlle introducidos outros xenes Bt que mataban larvas do escaravello Diabrotica.[43]
Entre os xenes Bt que foron introducidos (por separado ou xuntos) por enxeñaría xenética en plantas de cultivo e aprobados están os seguintes: Cry1A.105, CryIAb, CryIF, Cry2Ab, Cry3Bb1, Cry34Ab1, Cry35Ab1, mCry3A, e VIP, e as plantas de cultivo modificadas deste modo inclúen o millo e o algodón.[44][45]páx. 285ff O millo modificado xeneticamente para producir a proteína VIP foi aprobado en EEUU en 2010.[46] A compañía Monsanto desenvolveu unha variedade de soia que expresaba o Cry1Ac e o xene de resistencia ao glifosato para o mercado brasileiro, que completou todo o proceso regulatorio que hai que seguir en Brasil en 2010.[47][48]
En 2009, os científicos de Monsanto atoparon que a eiruga de Pectinophora gossypiella desenvolvera resistencia ao pesticida de primeira xeración do algodón Bt en zonas de Gujarat, India (os de primeira xeración expresaban un só xene Bt, o xene Cry1Ac). Esta foi a primeira vez que Monsanto confirmou resistencia Bt.[49][50] Monsanto respondeu inmediatamente introducindo unha segunda xeración de algodón Bt con moitas proteínas Bt, que foi rapidamente aceptado polos agricultores.[49] A resistencia da Pectinophora gossypiella ao algodón Bt de primeira xeración tamén se detectou en Australia, China, España e os Estados Unidos de América.[51]
Varios estudos documentaron o xurdimento de "pragas de insectos chuchadores" (ás que non afectan as toxinas Bt) unha vez pasados uns poucos anos da adopción do cultivo do algodón Bt. En China, o principal problema foron os insectos míridos (uns hemípteros),[52][53] os cales nalgúns casos "erosionaron completamente os beneficios do cultivo do algodón Bt”.[54] Un estudo feito en 2009 en China concluíu que o incremento deste tipo de pragas secundarias depende da temperatura local e as condicións de pluviosidade e que se incrementou na metade das vilas estudadas. O incremento no uso de insecticidas para o control destes insectos secundarios foi moito menor que a redución no uso total de insecticidas obtido coa adopción do cultivo de algodón Bt.[55] Outro estudo publicado en 2011 estaba baseado nun exame de 1.000 granxas seleccionadas aleatoriamente en cinco provincias de China e encontrou que a redución no uso de pesticidas nos cultivares de algodón Bt é significativamente menor do informado en investigacións feitas en calquera outro lugar, o que concorda coa hipótese suxerida por recentes estudos de que se necesita a aplicación de maior cantidade de pesticidas ao longo do tempo para controlar as pragas secundarias emerxentes, como os áfidos, os ácaros Tetranychidae, e os míridos Lygus spp.[56]
Informouse de problemas similares na India, cos hemípteros Pseudococcidae[57][58] e áfidos,[59] aínda que un estudo de pequenas granxas indias feito entre 2002 e 2008 concluíu que a adopción do algodón Bt produciu maiores rendementos e un menor uso de pesticidas, que decreceu co tempo.[60]
Existen controversias sobre o uso de organismos modificados xeneticamente a diferentes niveis, en canto a se fabricalos é ético, se os alimentos producidos con eles son inofensivos, se ditos alimentos deberían ser etiquetados especificamente, se a agricultura biotecnolóxica é necesaria para combater a fame no mundo, e sobre a propiedade intelectual e dinámica de mercado dos cultivos de plantas modificadas xeneticamente, dos seus efectos medioambientais, e o papel das colleitas de plantas modificadas xeneticamente na agricultura industrial en xeral.[61]
Hai tamén algúns destes aspectos que son específicos das plantas de cultivo transxénicas Bt.
O problema que máis publicidade tivo asociado cos cultivos Bt foi se o pole do millo Bt pode matar á bolboreta monarca, tal como se publicou nalgúns artigos.[62] Porén, en 2001 varios estudos posteriores coordinados pola USDA probaron que "os tipos máis comúns de pole de millo Bt non son tóxicos para as larvas da monarca nas concentracións que os insectos encontran nos campos".[63][64][65][66]
Un estudo publicado na revista Nature en 2001 informaba de que se atoparon xenes de millo que contiñan Bt en millo que crecía no centro de orixe da especie, en Oaxaca, México.[67] En 2002 Nature "concluíu que as evidencias dispoñibles non eran dabondo como para xustificar a publicación do artigo orixinal".[68] Tivo lugar unha importante controversia sobre este artigo e o aviso sen precedentes de Nature.[69][70]
Posteriormente, en 2005, fíxose un estudo a grande escala, que non puido atopar evidencias de mestura xenética en Oaxaca.[71] Un estudo de 2007 informou que "se atoparan proteínas transxénicas expresadas no millo en dúas (0,96%) de entre 208 mostras de campos de cultivo de granxas, localizadas en dúas (8%) das 25 comunidades mostreadas. México importa unha cantidade substancial de millo dos EEUU, e debido ás redes de sementes formais e informais entre os agricultores rurais, hai moitas rutas potenciais de entrada de millo transxénico na comida e redes de alimentación".[72] Un estudo publicado en 2008 indicaba que se producira algunha introdución a pequena escala (aproximadamente o 1%) de secuencias xenéticas transxénicas en campos mostreados mexicanos; non se atoparon probas a favor ou en contra de que este material xenético introducido fose herdado pola seguinte xeración de plantas.[73][74] Ese estudo foi inmediatamente criticado, e o seu revisor escribiu o seguinte: "xeneticamente calquera planta debería ser ou ben non transxénica ou ben transxénica; por tanto, no tecido dunha folla dunha soa planta transxénica, agardaríase un nivel próximo ao 100% de organismos modificados xeneticamente. No seu estudo, os autores elixiron clasificar as mostras de follas como transxénicas a pesar de teren niveis de menos do 0,1% de organismo modificado xeneticamente. Sostemos que resultados como estes están interpretados incorrectamente como positivos e son máis probablemente indicativos dunha contaminación no laboratorio".[75]
En 2007 detectouse un novo fenómeno que afectaba ás abellas do mel norteamericanas chamado trastorno do colapso das colonias. As especulacións iniciais sobre as causas ían desde novos parasitos que as afectasen ata efectos dos pesticidas[76] ou o uso de cultivos transxénicos Bt.[77] O Mid-Atlantic Apiculture Research and Extension Consortium publicou un informe en 2007 no que se dicía que non se atoparan evidencias de que o pole dos cultivos Bt estivese afectando negativamente ás abellas.[78] A causa real da doenza descoñecíase en 2007, e os científicos cren que pode haber múltiples causas que actúan á vez.[79] Unha das principais teorías exposta en 2013 foi que os causantes poderían ser os neonicotinoides, como se indica nun informe da Autoridade de Seguridade Alimentaria Europea.[80][81]
Algúns illados de B. thuringiensis producen un tipo de moléculas pequenas insecticidas chamado beta-exotoxina, cuxo nome común é turinxiensina.[82] Un documento de consenso do OECD di así: "A beta-exotoxina e as outras toxinas de Bacillus poden contribuír á toxicidade insecticida da bacteria aos insectos lepidópteros, dípteros, e coleópteros. A beta-exotoxina sábese que é tóxica para os humanos e case todas as outras formas de vida, e a súa presenza está prohibida nos produtos microbianos de B. thuringiensis. As plantas modificadas xeneticamente para que conteñan e expresen só os xenes para as δ-endotoxinas evitan o problema de avaliar os riscos que presentan estas outras toxinas que poden ser producidas nas preparacións microbianas".[83]
Bacillus thuringiensis é unha especie bacteriana grampositiva, que vive no solo, usada comunmente como pesticida biolóxico (como bacteria completa ou só a toxina Cry extraída dela). Ademais de no solo, B. thuringiensis aparece tamén naturalmente no intestino de eirugas de varios tipos de avelaíñas e bolboretas, ou en superficies de follas, ambientes acuáticos, feces animais, ambientes ricos en insectos, muíños de fariña e depósitos de grans de cereais.
Durante a súa esporulación, moitas cepas de B. thuringensis producen proteínas cristalinas (inclusións proteináceas), chamadas δ-endotoxinas, que teñen unha acción insecticida. Isto levou ao seu uso como insecticidas, e máis recentemente á obtención de plantas de cultivo modificadas xeneticamente utilizando os xenes Bt (Bt é a abreviatura de B. thuringensis). Porén, moitas cepas Bt produtoras de cristais non teñen propiedades insecticidas.
Bacillus thuringiensis adalah spesies bakteri Gram-positif, berbentuk batang, yang tersebar secara luas di berbagai negara.[1] Bakteri ini termasuk patogen fakultatif dan dapat hidup di daun tanaman konifer maupun pada tanah.[1] Apabila kondisi lingkungan tidak menguntungkan maka bakteri ini akan membentuk fase sporulasi.[1] Saat sporulasi terjadi, tubuhnya akan terdiri dari protein Cry yang termasuk ke dalam protein kristal kelas endotoksin delta.[1] Apabila serangga memakan toksin tersebut maka serangga tersebut dapat mati.[1] Oleh karena itu, protein atau toksin Cry dapat dimanfaatkan sebagai pestisida alami.[2]
B. thuringiensis ditemukan pertama kali pada tahun 1911 sebagai patogen pada ngengat (flour moth) dari Provinsi Thuringia, Jerman. Bakteri ini digunakan sebagai produk insektisida komersial pertama kali pada tahun 1938 di Prancis dan kemudian di Amerika Serikat (1950). Pada tahun 1960-an, produk tersebut telah digantikan dengan galur bakteri yang lebih patogen dan efektif melawan berbagai jenis insekta.[3]
Keberadaan inklusi paraspora dalam B. thuringiensis telah ditemukan sejak tahun 1915, tetapi komposisi protein penyusunnya baru diketahui pada tahun 1915. Pada tahun 1953, Hannay, mendeteksi struktur kristal pada inklusi paraspora yang mengandung lebih dari satu macam protein kristal insektisida (insecticidal crystal protein, ICP) atau disebut juga delta endotoksin. Berdasarkan komposisi ICP penyusunnya, kristal tersebut dapat membentuk bipimiramida, kuboid, romdoid datar, atau campuran dari beberapa tipe kristal.[4]
Berbagai macam spesies B. thuringiensis telah diisolasi dari serangga golongan koleoptera, diptera, dan lepidoptera, baik yang sudah mati ataupun dalam kondisi sekarat. Bangkai serangga sering mengandung spora dan ICP B. thuringiensis dalam jumlah besar. Sebagian subspesies juga didapatkan dari tanah, permukaan daun, dan habitat lainnya. Pada lingkungan dengan kondisi yang baik dan nutrisi yang cukup, spora bakteri ini dapat terus hidup dan melanjutkan pertumbuhan vegetatifnya.[4] B. thuringiensis dapat ditemukan pada berbagai jenis tanaman, termasuk sayuran, kapas, tembakau, dan tanaman hutan.[5]
B. thuringiensis dibagi menjadi 67 subspesies (hingga tahun 1998) berdasarkan serotipe dari flagela (H). Ciri khas dari bakteri ini yang membedakannya dengan spesies Bacillus lainnya adalah kemampuan membentuk kristal paraspora yang berdekatan dengan endospora selama fase sporulasi III dan IV. Sebagian besar ICP disandikan oleh DNA plasmid yang dapat ditransfer melalui konjugasi antargalur B. thuringiensis, maupun dengan bakteri lain yang berhubungan. Selama pertumbuhan vegetatif terjadi, berbagai galur B. thuringiensis menghasilkan bermacam-macam antibiotik, enzim, metabolit, dan toksin, yang dapat merugikan organisme lain. Selain endotoksin (ICP), sebagian subspesies B. thuringiensis dapat membentuk beta-eksotoksi yang toksik terhadap sebagian besar makhluk hidup, termasuk manusia dan insekta.[4]
Protein atau toksin Cry tersebut akan dilepas bersamaan dengan spora ketika terjadi pemecahan dinding sel.[1] Apabila termakan oleh larva insekta, maka larva akan menjadi inaktif, makan terhenti, muntah, atau kotorannya menjadi berair. Bagian kepala serangga akan tampak terlalu besar dibandingkan ukuran tubuhnya. Selanjutnya, larva menjadi lembek dan mati dalam hitungan hari atau satu minggu. Bakteri tersebut akan menyebabkan isi tubuh insekta menjadi berwarna hitam kecoklatan, merah, atau kuning, ketika membusuk.[5]
Toksin Cry sebenarnya merupakan protoksin, yang harus diaktifkan terlebih dahulu sebelum memberikan efek negatif. Aktivasi toksin Cry dilakukan oleh protease usus sehingga terbentuk toksin aktif dengan bobot 60 kDA yang disebut delta-endotoksin. Delta-endotoksin ini diketahui terdiri dari tiga domain. Toksin tersebut tidak larut pada kondisi normal sehingga tidak membahayakan manusia, hewan tingkat tinggi, dan sebagian insekta. Namun. pada kondisi pH tinggi (basa) seperti yang ditemui di dalam usus lepidoptera, yaitu di atas 9.5, toksin tersebut akan aktif.[3] Selanjutnya, toksin Cry akan menyebabkan lisis (pemecahan) usus lepidoptera.[1][2]
B. thuringiensis dapat memproduksi dua jenis toksin, yaitu toksin kristal (Crystal, Cry) dan toksin sitolitik (cytolytic, Cyt). Toksin Cyt dapat memperkuat toksin Cry sehingga banyak digunakan untuk meningkatkan efektivitas dalam mengontrol insekta. Lebih dari 50 gen penyandi toksin Cry telah disekuens dan digunakan sebagai dasar untuk pengelompokkan gen berdasarkan kesamaan sekuens penyusunnya. Tabel di bawah ini merupakan klasifikasi toksin Bt pada tahun 1995:[3]
Gen Bentuk Kristal Bobot Protein (kDa) Insekta yang dipengaruhi cry I [several subgrup:A(a), A(b), A(c), B, C, D, E, F, G] bipiramida 130-138 larva lepidoptera cry II [subgrup A, B, C] kuboid 69-71 lepidoptera and diptera cry III [subgrup A, B, C] Datar/tidak teratur 73-74 koleoptera cry IV [subgrup A, B, C, D] bipiramida 73-134 diptera cry V-IX berbagai macam 35-129 berbagai macamMenurut laporan WHO pada tahun 1999, sebanyak 13.000 ton produk B. thuringiensis diproduksi setiap tahunnya melalui teknologi fermentasi aerobik. Sebagian besar produk tersebut yang mengandung ICP dan spora hidup, sedangkan sebagian lainnya mengandung spora yang telah diinaktivasi. Produk B. thuringiensis konvensional hanya dibuat untuk mengatasi hama lepidoptera yang menyerang tanaman pertanian dan perhutanan. Namun, sekarang ini, banyak galur B. thuringiensis yang diproduksi untuk mengatasi golongan koeloptera dan diptera (perantara penyakit yang diakibatkan parasit dan virus). B. thuringiensis komersil juga telah diformulasikan sebagai insektisida untuk dedaunan, tanah, lingkungan perairan, dan fasilitas penyimpanan makanan. Contoh penggunaan B. thuringiensis pada lingkungan perairan adalah mengontrol nyamuk, lalat, dan larva serangga pengganggu lain pada waduk penampung air minum. Setelah diaplikasikan ke suatu ekosistem tertentu, sel vegetatif dan spora akan bertahan pada lingkungan sebagai komponen alami mikroflora dalam hitungan minggu, bulan, atau tahunan dan perlahan-lahan akan berkurang jumlahnya. Namun, ICP secara biologis akan inaktif dalam hitungan jam atau hari.[4]
Aplikasi produk B. thuringiensis dapat menyebabkan pekerja lapangan terpapar secara aerosol ataupun melalui kontak dermal, serta mengkontaminasi makanan dan minuman pada lahan pertanian. Namun, menurut hingga tahun 1999, belum ada laporan yang menunjukkan efek parah dari kontaminasi B. thuringiensis pada manusia, kecuali terjadinya iritasi mata dan kulit. Namun, sel vegetatif B. thuringiensis berpotensi memproduksi racun yang mirip dengan yang dihasilkan oleh Bacillus cereus dan belum diketahui apakah dapat menyebabkan penyakit manusia atau tidak. Penggunaan produk B. thuringiensis juga diketahui menimbulkan resitensi pada sebagian insekta, seperti Plodia interpunctella, Cadra cautella, Leptinotarsa decemlineata, Chrysomela scripta, Spodoptera littoralis, Spodoptera exigua, sehingga penggunaan produk tersebut untuk tujuan pengendalian hama harus lebih diperhatikan.[4]
Bacillus thuringiensis adalah spesies bakteri Gram-positif, berbentuk batang, yang tersebar secara luas di berbagai negara. Bakteri ini termasuk patogen fakultatif dan dapat hidup di daun tanaman konifer maupun pada tanah. Apabila kondisi lingkungan tidak menguntungkan maka bakteri ini akan membentuk fase sporulasi. Saat sporulasi terjadi, tubuhnya akan terdiri dari protein Cry yang termasuk ke dalam protein kristal kelas endotoksin delta. Apabila serangga memakan toksin tersebut maka serangga tersebut dapat mati. Oleh karena itu, protein atau toksin Cry dapat dimanfaatkan sebagai pestisida alami.
Il Bacillus thuringiensis è un batterio sporigeno che vive nel terreno. Quando viene ingerito mediante vegetali contaminati, il batterio sporula nell'ospite liberando le cosiddette tossine Bt o, più esattamente, delta-endotossine (innocue per gli esseri umani) che sono in grado di danneggiare il tratto digerente delle larve di Ditteri, come le zanzare, o di causare una malattia paralitica nei bruchi di molti Lepidotteri.
Il batterio fu scoperto nel 1901 in Giappone e, in modo indipendente, da Ernst Berliner, in Germania, nel 1911.
Lo stesso argomento in dettaglio: Delta-endotossina. Le tossine sono contenute all'interno di cristalli che si dissolvono solo nelle particolari condizioni presenti a livello intestinale in alcuni insetti. Al fine di permettere la solubilizzazione del cristallo, il pH deve essere alcalino (pH>9). Per questo motivo, i cristalli non sono solubili nell'apparato digerente umano, il cui ambiente è a forte acidità. Le tossine Bt sono estremamente specifiche e interagiscono solo con l'intestino di determinate specie d'insetti.
Per le loro caratteristiche di specificità e innocuità per l'uomo, trovano impiego nella formulazione di insetticidi per l'agricoltura biologica o meno. Inoltre, sono state messe a punto alcune piante transgeniche (come il mais MON 810) che sono in grado di produrre da sé la tossina.
Il formulato commerciale risulta più appetibile per le larve se addizionato di zucchero prima di essere irrorato sulle parti verdi delle piante trattate.
È di interesse anche in apicoltura, dove è usato nella lotta biologica alla tarma della cera d'api.
Il Bacillus thuringiensis è un batterio sporigeno che vive nel terreno. Quando viene ingerito mediante vegetali contaminati, il batterio sporula nell'ospite liberando le cosiddette tossine Bt o, più esattamente, delta-endotossine (innocue per gli esseri umani) che sono in grado di danneggiare il tratto digerente delle larve di Ditteri, come le zanzare, o di causare una malattia paralitica nei bruchi di molti Lepidotteri.
Il batterio fu scoperto nel 1901 in Giappone e, in modo indipendente, da Ernst Berliner, in Germania, nel 1911.
Bacillus thuringiensis is een bacterie die een gif afscheidt dat bij insecten en hun larven, vooral rupsen, de darmwand aantast, waardoor het insect ophoudt met eten en na enige dagen te gronde gaat. Dit effect is al beschreven in 1911. De bacterie komt algemeen in de bodem voor en is nauw verwant aan B. cereus en de miltvuurbacterie (B. anthracis).
Het gif van B. thuringiensis, dat naar de initialen van de naam van de bacterie meestal Bt of Bt-toxine wordt genoemd, is voor de meeste andere insecten en voor mensen niet schadelijk. Bacillus thuringiensis wordt daarom wel gebruikt als natuurlijk bestrijdingsmiddel en recent is het ook gelukt (door middel van genetische modificatie) het gen voor het vergif in planten in te bouwen, waardoor deze niet meer eetbaar zijn voor plaaginsecten[1][2]. Hierdoor kon het gebruik van conventionele pesticiden, die voor mens en dier giftig zijn, worden verminderd.
De toepassing in planten door middel van genetische modificatie heeft controversen veroorzaakt. Een maïsvariant met het Bt-gen kwam in opspraak omdat beweerd werd dat het stuifmeel van de maïs (een windbestuiver) door de wind op planten van het geslacht Asclepias terecht zou kunnen komen. Als de bladeren ervan dan werden gegeten door de rupsen van de monarchvlinder (Danaus plexippus) zou het kunnen gebeuren dat die rupsen daaraan doodgingen. Het bestand van de monarchvlinder[3] zou dan achteruitgaan. De Amerikaanse EPA (Environmental Protection Agency) heeft in 2001 geoordeeld dat dit geen reëel gevaar was. Hoewel het effect in het laboratorium was aangetoond bij kunstmatig zwaar met stuifmeel besmette voedselplanten van de monarchvlinder bleek dit effect in de natuur niet in zorgwekkende mate op te treden. Verscheidene onderzoeken in het veld hebben dit bevestigd[4][5]. Tegenstanders wijzen nog op de theoretische mogelijkheid dat het Bt-gen in andere grassen zou kunnen overgaan door natuurlijke hybridisatie.
Bacillus thuringiensis is een bacterie die een gif afscheidt dat bij insecten en hun larven, vooral rupsen, de darmwand aantast, waardoor het insect ophoudt met eten en na enige dagen te gronde gaat. Dit effect is al beschreven in 1911. De bacterie komt algemeen in de bodem voor en is nauw verwant aan B. cereus en de miltvuurbacterie (B. anthracis).
Bacillus thuringiensis er en bakterie som lager et krystallprotein, et Bt-toksin, som tar spesifikt livet av visse insektlarver. Bacillus er familie av gram-positive bakterier som danner endosporer. Noen er motile og har flagell. De finnes over alt i jorden og i luften og mange er nedbrytere av organisk materiale. Bacillus thuringiensis er en slik sporedannende, grampositiv bakterie som har nært slektskap til flere andre Bacillus-arter, inkludert B. cereus og B. anthracis. Navnet ble introdusert av den tyske biologen E. Berliner i 1911 da han beskrev en patogen bakterie han fant blant annet i puppen til Melmøllen, Ephestia kuehniella, som levde i kornlagre i byen Thüringen. Denne bakterien hadde tidligere blitt oppdaget av en Japansk biolog, S. Ishiwata i 1901, som årsaken til sotto desease hos silkeormen. Bacillus thuringiensis (Bt) finnes i vanlig jord og i insektrike områder, for eksempel på gårder og andre områder tilknyttet produksjon eller behandling av korn. B. thuringiensis har en todelt vekstsyklus. Når næringen i miljøet rundt blir begrenset eller miljøet forhindrer videre utvikling, går den inn i den vegetative cellesyklusen hvor Bt multipliserer seg ved celledeling og danner endosporer, inne i et sporangium. Et veldig karakteristisk trekk ved B. thuringiensis er at sammen med sporene overproduseres det noen få typer proteiner. Disse proteinene krystalliseres inne i sporen og slippes ut i omgivelsene når celleveggen degraderes. Disse krystallene kan stå for opptil 30% av tørrvekten av det voksne sporangiumet. Spises disse krystallene av insekter, er det stor sannsynlighet for at de dør. Dette er altså insektdrepende krystallproteiner (IKP), (Lambert et al, 1991). B. thuringiensis er gjenkjent som et kompleks av underarter der nesten alle produserer krystallproteiner ved sporulering. Det er gjenkjent mer enn 25 forskjellige insektdrepende krystallproteiner. Denne gruppen krystallproteiner inkluderer insekticidet δ-endotoksin som gjør B. thuringiensis til en viktig ressurs i kontrollen av skadedyr. Mange insekter er mottagelige for disse toksinene og har ført til bruken av Bt i biopesticider. B. thuringiensis danner basisen for over 90% av alle kommersielt tilgjengelige biopesticider (Glare et al., 2000). Arten består altså av et stort antall underarter med store forskjeller i toksiske stoffer og kan dermed benyttes mot mange forskjellige arter insekter. Det er nettopp denne spesifisiteten til krystallproteinene som har vekket interessen hos forskere og industrien (Lambert et al, 1991). B. thuringiensis er blitt fremhevet som en av de mest økonomiske og trygge alternativene til syntetiske pesticider blant annet brukt i landbruket verden over. B. thuringiensis kan erstatte helt noen av disse pesticidene.
I 1911 la Berliner merke til at bakterien var spesifikt toksisk mot larven til Melmøllen. I 1928 startet et småskala pionerprosjekt i Europa med å fremstille sporekrystaller for kontroll av European corn borer som gir store skader på avlinger av mais, sorghum, bomull og grønnsaker. I 1938 kom det første kommersielle B. thuringiensis-produktet i Frankrike under navnet ”Sporeine”. I 1960-årene ble flere industrielle Bt-produkter produsert i USA, Sovjetunionen, Frankrike og Tyskland. B. thuringiensis har med andre ord vært en viktig ingrediens i kontrollen av skadedyr på avlinger i lang tid og siden 1981 har man lett etter og klonet krystallproteiner. Det er dette som danner et skille i den konvensjonelle bruken av B. thuringiensis i kontroll av skade dyr. Epoken for bruk av Bt i genmodifisering av planter var kommet. Toksinene, eller proteinene, er laget av polypeptider kjent som Cry-proteiner. Cry-proteinene kodes av cry-genene som befinner seg på store overførbare plasmider, eller i enkelte tilfeller på kromosomet (Holmsland, 2007). Disse plasmidene kan overføres naturlig mellom forskjellige Bt-stammer. Dette er en prosess man kan utnytte for å få dannet nye kombinasjoner av for forskjellige IKPer i en enkelt stamme. Videre viser det seg at flere av genene er flankert av såkalte "transposable" (flyttbare/overførbare) elementer som tillater sekvenser av DNA å bli klippet ut og redistribuert innen en enkelt celle. Syntesen av Cry-proteinene og dannelsen av sporer skjer samtidig. Krystallproteinene slippes fri i omgivelsene når cellen lyseres (cellemembranen oppløses), men er kun stabile i miljøet i noen dager. Når krystallene spises av sensitive larver, løser de seg i det alkalisk miljøet i magen. De løselige protoksinene blir konvertert av proteaser (proteinnedbrytende enzymer) i magen til mindre toksiske fragmenter ca 650 aminosyrer store. Det toksiske, proteaseresistente fragmentet er lokaliser i den ene halvdelen av proteinet. Den andre delen blir fullstendig nedbrutt. Noen IKPer mangler den nedbrytbare delen. Disse proteinene krystalliserer ikke i den typiske bipyramidale formen, men har andre former. Det er funnet krystallproteiner man ikke kan bevise at har insekticidaktivitet, men det er stor sannsynlighet for at disse er toksiske for noen insekter. Dette siden de tester som er utført er knyttet til insekter som enten utgjør en trussel mot menneskelig helse, eller er av økonomisk interesse.
En elegant måte å benytte seg av disse krystallproteinene på er ved overføring av Bt-gener til genomet til den planten man ønsket å beskytte. Den første IKP-produserende planten var tobaksplanten. Siden da har andre dyrkbare planter blitt genetisk modifisert med IKP gener som resulterer i varierende grad av selvbeskyttelse mot forskjellige insekter. Det er store gevinster å hente, både økonomiske og miljømessige. Siden toksinet kontinuerlig blir produsert i hver eneste celle i den nye planten som inneholder Bt-genet, slipper man å måtte gjenta sprøytingen av plantene. Det holder dermed å plante planten, mens ikke-modifiserte planter potensielt blir sprøytet med syntetisk produserte insekticider. Slik blir kostnadene betraktelig lavere for bonden, og et slikt system er betraktelig mindre skadelig for omgivelsene enn syntetisk produserte insekticider (Lambert et al, 1991). Bøndene spare penger og selskapene som produserer frøene til plantene tjener penger. Den første godskjente prøven av genmodifiserte planter var i 1986. EPA godkjente den første kommersielle produktet i 1995; en av USAs mest populære potetvarianter.
Biopesticider er visse typer pesticider som kommer fra naturlige materialer som dyr, planter, bakterier og visse mineraler. Ved slutten av 2001 fantes det ca. 195 registrerte biopesticide aktive ingredienser og 780 produkter. Biopesticidene går inn i tre hovedgrupper : 1) Mikrobiale pesticider. De bestå av en mikroorganisme som den aktive ingrediensen. Mikrobiale pesticider kan kontrollere mange forskjellige typer skadedyr selv om hver aktive ingrediens er relativt spesifikk for sine mål. For eksempel er det en type sopp som kontrollerer visse planter, mens andre type sopp som dreper insekter. Det mest brukte mikrobiale pesticidet er underarter og fremavlede underarter av B. thuringiensis: US Environmental Protection Agency (etbl. 1970). 2) PIPs (Plant-Incorporated-Protectants). Dette er pesticid substanser som plantene produserer fra genetisk materiale som er innsatt i planten. For eksempel der Bt IKP settes inn i plantens eget genetiske materiale. Slik vil da planten selv, fremfor Bt-bakterien, produsere substansene som dreper skadedyret: US Environmental Protection Agency (etbl. 1970). 3) Biokjemiske pesticider. Dette er naturlig forekommende substanser som kontrollerer skadedyr ved ikke-toksiske mekanismer. Dette til kontrast til konvensjonelle pesticider som er generelt syntetiske materiale som direkte tar livet av eller inaktiverer angrepet. Biokjemiske pesticider inkluderer substanser som for eksempel feromoner som vil forstyrre parringen eller for eksempel planter tilsatt spesielle lukter for å tiltrekke seg insekter i feller: US Environmental Protection Agency (etbl. 1970).
Listen over fordelene med biopesticider er lang og i første øyekast meget overtalende. Biopesticidene er mindre toksiske enn konvensjonelle pesticider. De berører oftest kun målorganismen og nært beslektede organismer, dette i kontrast til konvensjonelt, bredspektrede pesticider som kan påføre skade på organismer så forskjellige som fugler, insekter og pattedyr. Biopesticidene er ofte effektive i små doser som ofte brytes lett ned igjen slik at en unngår i stor grad forurensningsproblemene konvensjonelle pesticider forårsaker. Det ser ut til at biopesticider utgjør en mindre fare enn konvensjonelle pesticider, derimot kreves det stor kunnskap om hvordan å behandle skadedyrene med biopesticider: US Environmental Protection Agency (etbl. 1970).
Det viser seg at Bt-baserte insekticider har stor sannsynlighet for å utvikle resistens hos insektene. Man forventer dermed at resistente insekter vil oppstå med bruken av IKP-baserte pesticider og har forsøker å finne strategier for å forhindre dette, bla ved å plante deler av jordene med den naturlige varianten av planten. Slik får insektene et område å trekke seg tilbake til. Slik jordbruket er i dag i store deler av verden, dyrkes kulturplaner i monokulturer over store områder. Disse er spesielt utsatt for insektangrep og sykdomsfremkallende nematoder, sopp og virus. I foredlingen av kulturplantene tapes ofte sykdomsresistensgener som ville slektninger er utstyrt med. I Europa finnes larven European corn borer, som gir store skader på avlinger. Krystallproteinene har ikke nødvendigvis virkning på bare en art, eller en orden av insekter. Derfor kan det vise seg å ha uheldig virkning på insekter det ikke var tiltenkt å ha noen innvirkning på. Dette er et av de tyngste argumentene mot genmodifisering med Bt-toksiner. Det sveller opp viktige spørsmål og økologiske problemstillinger i kjølvannet av bruken av Bt-toksiner. Det viser seg også at GM planter har en tendens til rask og ukontrollert spredning. Hvordan kontrollere at det ikke forekommer krysning mellom disse og naturlig tilstedeværende planter? Det viser seg ved slike krysninger at GM plantene kan være bedre stilt i konkurransen om overlevelsen enn planter som er naturlig tilstedeværende. Denne ukontrollerte spredningen kan føre til tap av genetisk mangfold, inklusive sykdomsresistente gener. Om det en gang i fremtiden kommer en pest, kan dette få katastrofale følger for avlingene.
Den toksiske aktiviteten i Bt er knyttet til den spesifikke bindingen av proteinene til reseptorer på epitelcellene i tarmen til dyret. Der er ikke rapportert om toksiske IKPer som ikke binder seg til reseptorer i tarmen. IKPene danner en familie av toksiner som sannsynligvis er speilet i reseptorene i insektlarvene. Den spesifikke bindingen er essensiell for toksisiteten til proteinene. Denne spesifisiteten bestemmes ikke bare av reseptorene i epitelcellene, men også av den proteolytiske aktiviteten og pHen i tarmen til larven. Når larven har spist sporer som inneholder krystaller, kan flere ting skje. På grunn av det alkaliske miljøet i magen til larvene, er det dårlige forhold for vekst av sporene og for slik å danne nye kolonier av Bt. Det er mest sannsynlig at sporen forblir intakt mens de løselige krystallproteinene konverteres til toksiske fragmenter som kan forårsake strukturelle deformeringer i epitelcellene i tarmen til larven. Når fordøyelsessystemet opphører å virke, senkes etter hvert pHen av væskene i tarmen og en frigjørelse av næringsstoffer legger grunnlaget til rette for veksten av Bt-sporer og deling av de vegetative cellene. Bt invaderer så kroppsvevet til larven og larven ender opp med å slutte å spise og dør.
Evalueringen av Bt er vanskelig da kombinasjonene av forskjellige IKPer uttrykt i stammer av Bt blir identifisert gjennom biokjemiske, genetiske og serologiske metoder formulert til en stor spredning av produkter over hele verden. Bruken av navnet Bacillus thuringiensis gir ingen indikasjoner i variasjon av toksiner, celler, sporer, eller krystaller. Likheten mellom B. thuringiensis og B. cereus har forårsaket bekymringer da B. cereus kan produsere aktive enterotoksiner mottagelige hos pattedyr. Disse to artene deler fenotypiske og biokjemiske karakterer, men Bt kan, pr definisjon, bli adskilt ved nærværet av krystallproteinet. Til tross for dette så er det slik at mange av de δ-endotoksinkodende genene er båret av plasmider. Dette indikerer at denne fenotypen har stor sannsynlighet for tap og overføring av genene til nærliggende arter, inkludert B. cereus (Glare et al., 2000).
Bacillus thuringiensis er en bakterie som lager et krystallprotein, et Bt-toksin, som tar spesifikt livet av visse insektlarver. Bacillus er familie av gram-positive bakterier som danner endosporer. Noen er motile og har flagell. De finnes over alt i jorden og i luften og mange er nedbrytere av organisk materiale. Bacillus thuringiensis er en slik sporedannende, grampositiv bakterie som har nært slektskap til flere andre Bacillus-arter, inkludert B. cereus og B. anthracis. Navnet ble introdusert av den tyske biologen E. Berliner i 1911 da han beskrev en patogen bakterie han fant blant annet i puppen til Melmøllen, Ephestia kuehniella, som levde i kornlagre i byen Thüringen. Denne bakterien hadde tidligere blitt oppdaget av en Japansk biolog, S. Ishiwata i 1901, som årsaken til sotto desease hos silkeormen. Bacillus thuringiensis (Bt) finnes i vanlig jord og i insektrike områder, for eksempel på gårder og andre områder tilknyttet produksjon eller behandling av korn. B. thuringiensis har en todelt vekstsyklus. Når næringen i miljøet rundt blir begrenset eller miljøet forhindrer videre utvikling, går den inn i den vegetative cellesyklusen hvor Bt multipliserer seg ved celledeling og danner endosporer, inne i et sporangium. Et veldig karakteristisk trekk ved B. thuringiensis er at sammen med sporene overproduseres det noen få typer proteiner. Disse proteinene krystalliseres inne i sporen og slippes ut i omgivelsene når celleveggen degraderes. Disse krystallene kan stå for opptil 30% av tørrvekten av det voksne sporangiumet. Spises disse krystallene av insekter, er det stor sannsynlighet for at de dør. Dette er altså insektdrepende krystallproteiner (IKP), (Lambert et al, 1991). B. thuringiensis er gjenkjent som et kompleks av underarter der nesten alle produserer krystallproteiner ved sporulering. Det er gjenkjent mer enn 25 forskjellige insektdrepende krystallproteiner. Denne gruppen krystallproteiner inkluderer insekticidet δ-endotoksin som gjør B. thuringiensis til en viktig ressurs i kontrollen av skadedyr. Mange insekter er mottagelige for disse toksinene og har ført til bruken av Bt i biopesticider. B. thuringiensis danner basisen for over 90% av alle kommersielt tilgjengelige biopesticider (Glare et al., 2000). Arten består altså av et stort antall underarter med store forskjeller i toksiske stoffer og kan dermed benyttes mot mange forskjellige arter insekter. Det er nettopp denne spesifisiteten til krystallproteinene som har vekket interessen hos forskere og industrien (Lambert et al, 1991). B. thuringiensis er blitt fremhevet som en av de mest økonomiske og trygge alternativene til syntetiske pesticider blant annet brukt i landbruket verden over. B. thuringiensis kan erstatte helt noen av disse pesticidene.
Bacillus thuringiensis (Bt) – Gram-dodatnia bakteria żyjąca w glebie oraz przewodach pokarmowych gąsienic różnych gatunków motyli.
Jest powszechnie stosowana do biologicznego zwalczania szkodników. W procesie tworzenia przetrwalników wiele szczepów Bt wytwarza kryształy z białek nazywanych delta-endotoksynami, które mają działanie owadobójcze. Toksyny te oraz same przetrwalniki są stosowane w rolnictwie jako biopestycydy. W ostatnich latach również geny Bt służące do wytwarzania tych toksyn są używane w modyfikowanych genetycznie roślinach, aby uodpornić je na szkodniki.
B. thuringiensis został odkryty po raz pierwszy w 1901 przez japońskiego biologa Shigetane Ishiwata. W 1911 B. thuringiensis został niezależnie odkryty przez niemieckiego biologa Ernsta Berlinera, który wyizolował go jako przyczynę chorób u gąsienic ciem. W 1976 Robert A. Zakharyan odkrył plazmidy wewnątrz tych bakterii i zasugerował, że biorą one udział w powstawaniu form przetrwalnikowych i tworzeniu kryształów białkowych[1][2].
B. thuringiensis jest blisko spokrewniony z żyjącą w glebie bakterią Bacillus cereus oraz z Bacillus anthracis, wywołującą wąglika. Te trzy bakterie różnią się głównie swoimi plazmidami. Podobnie jak pozostałe bakterie tego rodzaju, są aerobami (wymagają dostępu do tlenu) i wytwarzają formy przetrwalnikowe[4]. W procesie ich wytwarzania B. thuringiensis tworzy kryształy białek nazywanych delta-endotoksynami[5]. U większości szczepów B. thuringiensis geny kodujące te białka zlokalizowane są w plazmidach[6][7][8].
Białka te mają toksyczne działanie dla larw owadów z rzędu motyli (motyle i ćmy), muchówek (muchy i komary), chrząszczy (stonki) i błonkoskrzydłych (pszczoły, osy i mrówki). W przewodzie pokarmowym tych owadów omawiane białka są aktywowane przez proteazy w środowisku zasadowym i po aktywacji wbudowują się w błony komórkowe tkanki nabłonkowej, tworząc kanały jonowe i doprowadzając do śmierci tych komórek. Wywołane tym uszkodzenia tkanki nabłonkowej sprawiają, że bakterie żyjące w przewodzie pokarmowym gąsienicy, takie jak pałeczka okrężnicy, dostają się do jej układu krwionośnego, co prowadzi do jej śmierci w wyniku sepsy[9][10][11].
Przetrwalniki i kryształy białek wytwarzanych przez B. thuringiensis są stosowane w rolnictwie do zwalczania owadów od lat 20. XX wieku[12]. Od lat 60. XX wieku zaczęły być sprzedawane jako selektywne insektycydy pod różnymi nazwami handlowymi, m.in. Dipel i Thuricide[13]. Ze względu na swoją selektywność uznaje się je za przyjazne dla środowiska i mające niewielki wpływ na ludzi i dzikie zwierzęta, w tym owady zapylające. Są nanoszone na rośliny w postaci zawiesiny, poprzez opryskiwanie, gdzie muszą zostać zjedzone przez larwy owadów, aby być skuteczne. Poza ochroną roślin przed szkodnikami stosuje się je również (szczep Bacillus thuringiensis israelensis) do zwalczania komarów[14].
Belgijska firma Plant Genetic Systems jako pierwsza zastosowała w 1985 geny B. thuringiensis do wytworzenia transgenicznej odmiany tytoniu odpornej na szkodniki[16][17].
W 1995 ziemniaki z genami Bt zostały zatwierdzone jako bezpieczne przez amerykańską Environmental Protection Agency, stając się pierwszą rośliną uprawną wytwarzającą pestycydy dopuszczoną do sprzedaży w USA[18]. W 1996 w sprzedaży w USA pojawiła się również analogicznie zmodyfikowana kukurydza Bt i bawełna Bt.
W 2006 uprawy genetycznie zmodyfikowanej kukurydzy obejmowały 165 600 km² (11,1% wszystkich upraw kukurydzy), a genetycznie zmodyfikowanej bawełny 115 900 km² (33,6% wszystkich upraw)[19]. Zwolennicy tej technologii podkreślali, że przyniesie ona wielkie zyski rolnikom, szczególnie w krajach rozwijających się. Przeciwnicy kwestionowali te zapewnienia. Precyzyjne określenie jej wpływu na sytuację rolników okazało się bardzo skomplikowane ze względu na trudność wyizolowania jej wpływu i zebrania porównywalnych danych przy braku innych zmian (w identycznych warunkach uprawy takich samych odmian, różniących się jedynie obecnością albo brakiem genów Bt). W krajach rozwijających się uprawiana jest głównie transgeniczna bawełna, a ekonomiczne skutki jej uprawiania zostały podsumowane następująco „ogólny wynik podsumowania, choć obiecujący, jest różnoraki. Skutki ekonomiczne są bardzo różne w zależności od roku, typu farmy i położenia geograficznego”[20].
Zaobserwowano pozytywne skutki dla środowiska w ciągu pierwszych dziesięciu lat uprawiania tych roślin (1996–2005). W jednym z badań stwierdzono zmniejszenie ilości używanych pestycydów o 35 tysięcy ton, co odpowiada ilości, jaka jest stosowana w ciągu roku w całej Unii Europejskiej. Wykorzystując współczynnik oddziaływania na środowisko (EIQ), oceniono, że zastosowanie transgenicznej bawełny i kukurydzy zmniejszyło oddziaływanie na środowisko odpowiednio o 24,3% i 4,6%[21][19].
Można wskazać następujące zalety stosowania genów Bt w roślinach zmodyfikowanych genetycznie[19]:
Badania nad transgenicznymi uprawami pokazują, że są one bezpieczne dla środowiska[22]. Toksyny Bt były używane do zwalczania szkodników we Francji od 1938, a w USA od 1958 i nie stwierdzono ich szkodliwego wpływu na środowisko[23]. Należą one do toksyn bardzo selektywnych i stanowią potencjalne zamienniki dla pestycydów o szerszym działaniu. Nie są szkodliwe dla kręgowców, ponieważ ich działanie wymaga przyłączenia się do odpowiednich białek receptorowych na powierzchni komórek jelitowych owadów. Organizmy, których komórki nie posiadają odpowiednich białek, są niewrażliwe na działanie tych toksyn[24][25].
Istnieją badania laboratoryjne wskazujące, że toksyny Bt mogą oddziaływać na inne organizmy, szczególnie te blisko spokrewnione ze zwalczanym szkodnikami[26]. Zwykle jest to skutkiem spożycia przez te organizmy pyłku lub szczątków rośliny zmodyfikowanej genetycznie, bądź owada, który na takiej roślinie żerował. Metodologia tych badań była jednak kwestionowana[27].
W badaniach przeprowadzonych w 2007 z inicjatywy Greenpeace wykazano, że rośliny posiadające geny Bt mogą powodować niewielkie, ale zauważalne ryzyko uszkodzenia wątroby u szczurów, które je spożywają[28]. Wyniki tych badań zostały uznane za nieistotne przez Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności[29]. W 2009 ten sam zespół badaczy przedstawił kolejne badania potwierdzające ryzyko toksyczności dla ssaków[30], ponownie odrzucone przez EFSA[31]. Wyniki uzyskane przez ten zespół sugerują, że toksyny produkowane przez genetycznie zmodyfikowane rośliny są często zmodyfikowane i skrócone w stosunku do oryginałów, co może modyfikować ich działanie w nieprzewidywalny sposób[32].
Ciągła ekspozycja na toksyny wytwarza silną presję selekcyjną na owady, prowadzącą do pojawienia się odmian odpornych na nie. Przykładowo stwierdzono, że owad tantniś krzyżowiaczek uodpornił się na toksyny Bt w postaci zarówno rozpylanej na rośliny, jak i obecnej w roślinach transgenicznych[33][34]. W listopadzie 2009 badacze z firmy Monsanto potwierdzili pojawienie się w stanie Gudźarat w Indiach larw ciem z gatunku Pectinophora gossypiella odpornych na toksyny Bt. W czterech regionach tego stanu uprawy roślin Bt przestały być odporne na szkodniki[35]. Dotyczyło to upraw pierwszej generacji roślin transgenicznych, Cry1Ac, posiadającej jeden gen z bakterii Bt[36]. W 2011 wykryto w USA stopniowe wykształcanie odporności na toksyny Bt u stonki kukurydzianej, będącej jednym z głównych szkodników upraw kukurydzy w tym kraju[37].
Jedną z metod ograniczenia rozwoju odporności szkodników jest pozostawianie obszarów pozbawionych toksyn, które umożliwią owadom przetrwanie i odtworzenie swojej populacji. W ten sposób geny odpowiedzialne za odporność mają mniejsze szanse rozpowszechnić się w populacji. Technika ta jest najskuteczniejsza, jeśli geny związane z odpornością są recesywne i osobniki heterozygotyczne (S/s) nie są odporne. Jeśli odporność pojawia się tylko w niewielkim procencie populacji, a populacja osobników nieodpornych jest wystarczająco duża, większość potomków osobników odpornych (S/S) posiada tylko jedną kopię genu odporności i ginie przed osiągnięciem dojrzałości[38]. Aby wykorzystać ten mechanizm, w USA i innych krajach wprowadzono obowiązkowe wydzielanie obszarów uprawy roślin pozbawionych toksyn przy obszarach obsianych roślinami transgenicznymi.
Łączenie obszarów zasiedlanych przez rośliny silnie toksyczne z zasiedlanymi przez nietoksyczne ma jednak swoje ograniczenia. Przykładowo ekspresja genów Bt może być zmienna. Czynniki środowiskowe, takie jak temperatura, mogą wpływać na rozwój rośliny, w szczególności ograniczając ekspresję różnych genów. Udokumentowano zmniejszenie się ekspresji w przypadku roślin rosnących w trudniejszych warunkach, prawdopodobnie spowodowaną metylacją DNA promotora[39]. Takie zmniejszenie ekspresji może ułatwiać wykształcenie odporności u owadów, ponieważ częściowo odporne owady mogą przeżyć i przekazać swoje geny potomstwu. Choć obecność nietoksycznych obszarów okazała się skuteczna w przedłużaniu trwałości upraw Bt, ten sukces jest związany z wieloma czynnikami niezależnymi od tej strategii: małym rozpowszechnieniem genów odporności, kosztem wytworzenia odporności i powszechnością innych roślin, które również stanowiły bezpieczne obszary nietoksyczne[40].
Kilka badań potwierdziło gwałtowny wzrost liczebności szkodników innego typu (niewrażliwych na toksyny Bt) w ciągu kilku lat po zastosowaniu upraw Bt. W Chinach rozpowszechnienie się pluskwiaków z rodziny tasznikowatych, żywiących się sokami roślin[41][42], na niektórych obszarach „całkowicie zniwelowało zyski ze stosowania bawełny Bt”[43].
Podobne problemy w Indiach sprawiają mszyce[44] i wełnowcowate[45].
Jednym z pierwszych podnoszonych w USA problemów związanych z roślinami Bt była kwestia ich toksyczności dla motyli monarchów[46]. Badania potwierdzające tę toksyczność zostały zakwestionowane, ponieważ pyłek, którymi karmią się te motyle, zawiera o wiele mniej toksyn niż inne tkanki rośliny[47]. Kontrowersje te doprowadziły do kolejnych badań.
Wiarygodność pierwotnych badań została zakwestionowana ze względu na sposób zbierania pyłku. Badacze karmili motyle pyłkiem wymieszanym z fragmentami pręcików, w których stężenie toksyny było wielokrotnie wyższe[48]. Przy innej procedurze zbierania pyłku nie stwierdzono zagrożenia dla monarchów[49]. Zakwestionowano również zagrożenie wynikające z modyfikowania kukurydzy, ponieważ motyle te żerują głównie na roślinach z rodziny trojeściowatych[50].
W 2001 roku w Nature ukazał się artykuł pokazujący, że geny kodujące toksyny Bt przedostały się do dziko rosnących roślin spokrewnionych z kukurydzą w Meksyku[51]. W kolejnym roku redaktorzy Nature przyznali, że „dostępne dowody nie są wystarczające, aby uzasadnić publikację tego artykułu”[52]. Wypowiedź ta wywołała jednak wiele kontrowersji[53][54].
W kolejnych latach przeprowadzono szereg badań nad tym zagadnieniem. W 2005 roku ukazały się wyniki badań, które nie wykazały śladów przedostania się genów do środowiska[55]. W 2008 i 2009 roku ukazały się wyniki innych badań, które wykazały takie przedostawanie się[56][57].
Metaanaliza wyników różnych badań wykazała przewagę dowodów przemawiających za przedostwaniem się tych genów do środowiska w Meksyku[58].
Bacillus thuringiensis (Bt) – Gram-dodatnia bakteria żyjąca w glebie oraz przewodach pokarmowych gąsienic różnych gatunków motyli.
Jest powszechnie stosowana do biologicznego zwalczania szkodników. W procesie tworzenia przetrwalników wiele szczepów Bt wytwarza kryształy z białek nazywanych delta-endotoksynami, które mają działanie owadobójcze. Toksyny te oraz same przetrwalniki są stosowane w rolnictwie jako biopestycydy. W ostatnich latach również geny Bt służące do wytwarzania tych toksyn są używane w modyfikowanych genetycznie roślinach, aby uodpornić je na szkodniki.
Bacillus thuringiensis é uma espécie microbiológica da família Bacillaceae. Foi descoberto em 1911 por Ernst Berliner na província de Thuringia, Alemanha. Passou a ser utilizado como inseticida na França em 1938, e nos Estados Unidos da América na década de 1950.
O Bacillus thuringiensis é uma bactéria de solo presente em todos os continentes. É gram-positiva, aeróbica e capaz de esporular para sobreviver a condições ambientais adversas.
Tanto na sua fase vegetativa quanto na esporulação, estas bactérias produzem proteínas que têm efeito inseticida. Destas proteínas, as mais conhecidas são chamadas de proteínas cristal, com a denominação Cry, que são produzidas durante a fase de esporulação. Já foram identificadas diversas proteínas que atuam em diferentes ordens de insetos e até já foram descritas proteínas com potencial de controlar nematóides.
São mais de 50 diferentes famílias descobertas e organizadas por um código numérico. Como exemplo tem a família Cry1, que atua sobre lepidópteros, a Cry3, que atua sobre coleópteros e a Cry4, que atua sobre dípteros, inclusive utilizada no controle biológico de mosquitos vetores de doenças como a dengue.
B.thurigiensis primeiramente foi descoberta em 1901 pelo biólogo japonês Ishiwatari Shigetane (石渡 繁胤) quando isolou a bactéria que era o agente casual da “sotto disease”. Em 1911 o microbiólogo alemão Ernst Berliner independentemente redescobriu, quando isolou a causa de uma doença em larvas no solo de Turíngia o que gerou o nome Thurigiensis, o que fez com a que a bactéria B. sotto, torna-se em Bacillus Thuringiensis var. sotto
Em 1976, Robert A. Zakharyan reportou a presença de um plasmídeo numa linhagem de B. thuringiensis, e indicou que esse plasmídeo estava relacionado a questão de produção de endósporos e formação de cristais. A B.thuringiensis é bem próxima da B. cereus uma bactéria de solo e da B. anthracis, a causadora da Anthrax (carbúnculo), a única diferença entre as três seria basicamente os seus plasmídeos, todas sendo aeróbicas e capaz de produzir endósporos.
Apresenta linhagens sendo elas: B.Thurigiensis kurstaki (Btk), israelenses (Bti).
Devido a grande importância do Bacillus thuringiensis, representando cerca de 90% da produção de bioinseticidas, muitas informações sobre o seu cultivo são segredos industriais, como a composição do meio, a cepa utilizada[1].
O cultivo do Bacillus thuringiensis é realizado em biorreatores operando em modo batelada, no qual todo o inóculo e o meio são depositados no reator e não ocorre retiradas significativas do meio fermentado. Cultivos realizados em meio sólido, batelada alimentada e em modo continuo estão sendo estudados, porém não é viável economicamente.
O cultivo do Bacillus thuringiensis segue as seguintes etapas: pré inoculo, pré fermentados e fermentador final[1];
Pré inóculo: O pré inóculo tem como função ativar as células e diminuir a fase de adaptação do Bacillus thuringiensis[2].
Pré fermentador: O pré fermentador normalmente presenta os mesmos componentes do meio utilizado no fermentador final, mas em uma proporção de 1/5 de volume[1].
Fermentador final: etapa onde o reator vai estar na sua capacidade máxima[1].
A utilização de volumes crescentes no cultivo tem o objetivo de diminuir a fase lag do microrganismo[1].
Após esporulação a B.t forma cristais inseticidas S-endotoxinas (chamados de proteínas Cry) que são codificados pelo gene cry. Em muitas linhagens de Bacillus thurigiensis, os genes cry são encontrados no plasmídeo (cry não é um gene cromossômico.
As toxinas cry tem uma atividade especifica contra algumas espécies de insetos da ordem Lepidoptera (traças e borboletas), Diptera (moscas e mosquitos) Coleoptera (besouros), Hymenoptera (vespas, abelhas, formigas e moscas) e nematodes, portanto, a bactéria serve como um importante reservatório de toxinas Cry para produção de bioinseticidas e também comida resistente a pragas. Quando os insetos ingerem os cristais, o seu sistema digestivo alcalino desnatura os cristais insolúveis, fazendo eles solúveis portanto receptivo a ser cortado por proteases encontradas no inseto, o que libera a toxina em forma de cristal. A toxina Cry é inserida na membrana intestinal do inseto, paralisando o seu trato digestivo e formando um poro, então o inseto não consegue comer e morre de fome. Da mesma forma que a bactéria pode colonizar o inseto fazendo assim sua morte acelerar.
Em 1996 foi descoberto uma nova classe de proteínas inseticidas dentro da Bacillus thurigiensis as proteínas vegetativas inseticidas (VIP) apesar de apresentar ação igual não esta ligada a Cry e não competem por receptores e algumas matam insetos diferentes que as Cry.
A primeira companhia a realizar tal processo foi a Plant Genetic Systems (agora parte da Bayer) que aconteceu em 1985 entregando assim uma planta geneticamente modificada o tabaco, que apresentava tolerância a insetos devido a expressão de genes cry da B. thurigiensis, o que resultou a planta expressar delta endotoxinas, o tabaco Bt nunc foi comercializado, pois o tabaco é utilizado para testar modificações genéticas visto que é fácil de manipular geneticamente e não é parte de alimentos que são consumidos em forma de comida.
Em 1995, batatas produzindo a toxina CRY 3A foi aprovado pela Agencia de Proteção Ambiental (Environmental Protection Agency) sendo assim a primeira modificação humana em plantas produtoras de pesticidas a ser aprovada nos EUA. Apesar de muitas plantas produzirem pesticidas naturalmente, incluindo o tabaco, café, cacau e noz preta. Essa era a batata “New Leaf” (Nova Folha) porem foi retirada do mercado em 2001 devida a falta de interesse.
Em 1996, um milho geneticamente modificado que produzia a proteína Cry foi aprovado, o que matou pestes que atacavam os milhos na Europa.
Os genes geneticamente modificados que foram aprovados em ordem de lançamento são: Cry1A.105, CrylAb, CryIF, Cry2Ab, Cry3Bb1, Cry34Ab1, Cry35Ab1, mCry3A, e as VIP’s.
O primeiro milho a ser geneticamente modificado para produzir VIP foi aprovado em 2010 nos Estados Unidos.
Na índia em 2014 mais de 7 milhões de produtores de algodão, ocupando mais de 26 milhões de acres, adotaram a Bt cotton.
Já no Brasil a Monsanto, apresentou a soja que expressava Cry1Ac e o gene de resistência a glifosato, a qual recebeu permissão com bases nas leis brasileiras em 2010.
Hoje no Brasil já encontramos alimentos que foram modificados com a ajuda da Bacillus thurigiensis o grande exemplo que pode ser mostrado é o da Elma Chips, na qual já apresenta na sua descrição do produtos alimentos que são modificados.
Foi testado em camundongos de laboratório no Estados Unidos pela Agencia de Proteção Ambiental (Environmental Protection Agency) onde foram expostos a uma dose de 5,000mg/kg por do seu peso, e não apresentou nenhum efeito adverso. As pesquisas indicam que outras toxinas já conhecidas acontecem em uma dosagem menor, o que estaria levando a comprovar que as toxinas Bt não são toxinas a mamíferos.
Como também é uma questão muito importante a probabilidade de causar alergias em humanos foi constatado que as toxinas Bt são digeridas em minutos logo ao entrar em contato com o suco gástrico humano, pois as toxinas apresentam instabilidade em contato com fluidos digestivos, visto que comidas alérgicas apresentam resistência a degradação.
Mas antes de qualquer produto passar a ser comercializado ele precisa constatar que não contem beta-exotoxina no qual o nome comum seria thuringiensin, pois devido a um documento da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico
(OECD) que constata que beta-exotoxinas são conhecidas por serem tóxicas para os seres humanos e quase todas as outras formas de vida e sua presença é proibida em produtos provenientes de B.thuringiensis.
Bacillus thuringiensis é uma espécie microbiológica da família Bacillaceae. Foi descoberto em 1911 por Ernst Berliner na província de Thuringia, Alemanha. Passou a ser utilizado como inseticida na França em 1938, e nos Estados Unidos da América na década de 1950.
O Bacillus thuringiensis é uma bactéria de solo presente em todos os continentes. É gram-positiva, aeróbica e capaz de esporular para sobreviver a condições ambientais adversas.
Tanto na sua fase vegetativa quanto na esporulação, estas bactérias produzem proteínas que têm efeito inseticida. Destas proteínas, as mais conhecidas são chamadas de proteínas cristal, com a denominação Cry, que são produzidas durante a fase de esporulação. Já foram identificadas diversas proteínas que atuam em diferentes ordens de insetos e até já foram descritas proteínas com potencial de controlar nematóides.
São mais de 50 diferentes famílias descobertas e organizadas por um código numérico. Como exemplo tem a família Cry1, que atua sobre lepidópteros, a Cry3, que atua sobre coleópteros e a Cry4, que atua sobre dípteros, inclusive utilizada no controle biológico de mosquitos vetores de doenças como a dengue.
Bacillus thuringiensis (tudi Bt) je vrsta paličastih grampozitivnih bakterij, ki živijo v zemlji in se pogosto uporabljajo kot biološki insekticid.
Bakterija se razmnožuje v obolelih in odmrlih žuželkah.[1] Poleg tega pa se naravno pojavlja tudi v črevesju gosenic nekaterih vrst vešč in metuljev, pa tudi na površini rastlinskih listov, v vodnih okoljih, živalskih iztrebkih in predelovalnih obratih žita in moke.[2][3]
Japonski bakteriolog Ishiwata Shigetane (石渡 繁胤) je leta 1901 izoliral B. thuringiensis[1] iz obolele sviloprejkine ličinke[4] in jo poimenoval Bacillus sotto,[5] pri čemer je uporabil japonsko besedo sottō (卒倒, ‘kolaps’), s čimer je izpostavil bakterijko paralizo, ki jo povzroča.[6] Ishiwata je že takrat spoznal, da je za patogenost bakterije odgovoren toksin, vendar pa najdenega organizma takrat ni formalno opisal.[1] Leta 1911 je nato nemški mikrobiolog Ernst Berliner samostojno izoliral bakterijo iz populacije gosenic močne vešče, ki jo je opisal in ji dal znanstveno ime Bacillus thuringiensis. Ime je izbral po bolezni, ki ji v Turingiji pravijo Schlaffsucht.[7] B. sotto je bila tako kasneje preklasificirana v B. thuringiensis var. sotto.[8]
Bakterija oblikuje trose. Pri sporulaciji se tvorijo kristalne beljakovine (beljakovine Cry) in citolitične beljakovine (beljakovine Cyt). Kristalne beljakovine povzročajo pore v celični steni in posledično celično smrt, citolitične pa z osmoznim šokom povzročijo pokanje celic. Žuželkam, ki zaužijejo trose in kristale se tako razkrojijo stene prebavil s čimer je ovirana presnova, saj se okužene žuželke prenehajo prehranjevati. Pogosto kaleči trosi bakterije prodrejo v telesno votlino, se tam naprej množijo in proizvajajo toksine, kar prav tako povzroči smrt žuželke.[1]
Cry-toksini so sestavljeni iz ene α-vijačnice ter dveh β-struktur. Za nastanek membranskih por je odgovorna α-vijačnica, ki je sestavljena iz 7 manjših vijačnic, od katerih je le sredinska hidrofobna. Ena izmed β-struktur je odgovorna za vezavo na receptorje na membrani, medtem ko vloga ene še ni čisto znana, verjetno pa je namenjena stabilizaciji beljakovine ter obrambi pred encimi. Cry-toksini so smrtni za žuželke ir redov Lepidoptera, Diptera, Coleoptera, Hymenoptera, pa tudi za nematode.[9][10]
Trenutno znanstveniki ugotavljajo tri poglavitne patotipe B.t. Patotip A deluje na določene vrste metuljev oziroma njihove gosenice in vključuje varietete: thuringiensis (B. t.), kurstaki (B. t. k.), galleriae, aizawai, morrisoni itd.
Patotip B učinkuje na dvokrilce, predvsem dolgotipalničarke, in vključuje patotip israeliensis. Sredstvo se uporablja proti komarjem.
Patotip C je našel Krieg s sodelavci (1983) in je učinkovit proti ličinkam hroščev. Kristali so pri tem patotipu sploščeni in četverokotni, beljakovina v kristalih pa je unikatna. Aktivna je proti ličinkam lepenjcev (Chrysomelidae). Učinkuje na ličinke hroščev, med njimi tudi na koloradskega hrošča[1] in se v kmetijstvu v zadnjem času veliko uporablja.
|title= (pomoč) Bacillus thuringiensis (tudi Bt) je vrsta paličastih grampozitivnih bakterij, ki živijo v zemlji in se pogosto uporabljajo kot biološki insekticid.
Bacillus Thuringiensis, eller Bt, är en bakterie spridd över hela världen. Trivs gör den i stort sett i alla klimat och har upptäckts i öken såväl som i tundra[1]. Bt är en sporbildande och gram-positiv[2] bakterie som vid sporulering bildar ett viktigt kristallprotein som är insekticidalt med hög specifik toxicitet. Till skillnad från sin släkting B. anthracis som orsakar mjältbrand, är Bt helt ofarlig för däggdjur, fåglar och fiskar.
Bacillus Thuringiensis upptäcktes av Shigetane Ishiwata år 1901 i Japan. Ishiwata lyckades från döda silkesmasklarver isolera en bakteriestam. Syftet var att undersöka en sjukdom vid namn Sotto-sjukdomen (Sudden-collapse Disease) som effektivt minskade beståndet av silkesmaskar i Japan. Bakterien som orsakat sjukdomen och den han lyckades isolera döpte han till Bacillus Sotto. [2]
År 1911 kom Ernst Berliner att arbeta med kvarnmottlarver i den tyska regionen Thüringen då han studerade en variant av Bt. Han upptäckte kristallproteiner i de avlidna larverna men kunde inte fastställa deras funktion. Många år senare lyckades Christopher Hannay bevisa att dessa kristaller var insekticidala och år 1955 fastställde han även att de bestod av proteiner. [2]
Frankrike blev det första land där Bt såldes som bekämpningsmedel, vid namn Sporine.[3]
Som tidigare nämnts har Bt använts som insektsmedel eftersom dess kristallproteiner väldigt ofta är insekticidala[2]. Oftast används Bt i pulverform som då sprutades på växterna man ville skydda. Nackdelen med att bespruta växter är att medlet lätt spolas av med regn eller blåser bort med vinden. Den huvudsakliga anledningen till att man började använda Bt som bekämpningsmedel var att insekter blev alltmer resistenta mot de syntetiska bekämpningsmedlen som redan fanns, samtidigt som de kemiska medlen bedömdes miljöfarliga, eftersom Bt är biologiskt har den ingen miljöpåverkan och eftersom den är så specifik får inga andra insekter möjlighet att utveckla resistens mot cry-proteinerna.[1] Med modern forskning har man börjat genmodifiera växter och då fört in genen för att producera dessa kristallproteiner i grödor. I GMO:s begynnelse var Bt-genen en stor del av vad man förde in i andra organismer för att skydda dem mot insektsangrepp. [3]
Själva genen i Bt som ger upphov till kristallproteinerna sitter på en plasmid.[2] Denna plasmid överförs gärna till växter så att de själva kan producera kristallproteiner för att skydda sig mot insekter. Första genmodifierade växten var majs år 1995 och används även nu i t.ex. bomull och potatis. [3]
Dessa kristallproteiner kallas även för δ-endotoxiner eller cry-proteiner efter det engelska ordet curystal.
Först och främst måste sporulerade Bt förtäras av en insekt. Väl i insekten binder cry-proteiner till specifika receptorer i tarmkanalen som låter vanliga tarmbakterier sprida sig till resten av insekten. Insekten svälter sedan eftersom den utan sin tarmflora inte kan bryta ner mat och dör så småningom. [1]
Inom Bt-släktet finns mängder med olika gener som i sin tur kodar för olika cry-proteiner vilka påverkar olika insekter efter receptorer i deras tarmkanal. Eftersom dessa receptorer varierar stort mellan insekter i kombination med mängden cry-proteiner i Bt-släktet gör att Bt är ett väldigt specifikt bekämpningsmedel som är ofarligt för nästan alla andra organismer än de som avses bekämpas. [2]
B. Thuringiensis livscykel delas upp i två faser, en vegetativ fas och en sporbildande fas. I den vegetativa fasen förökar sig bakterien normalt och bildar två identiska dotterceller. Den sporbildande fasen är mer komplicerad. Se animation här. Det är i denna fas som cry-proteinerna bildas, troligen i syfte att göra näringsämnen mer tillgängliga vilket leder till groning och eventuellt att bakterien befinner sig i den vegetativa fasen igen där förökar sig som bäst. [2]
På grund av dess förmåga att producera proteiner som är insekticida används de ofta för genmodifiering av bland annat majs.[4]
Bacillus Thuringiensis, eller Bt, är en bakterie spridd över hela världen. Trivs gör den i stort sett i alla klimat och har upptäckts i öken såväl som i tundra. Bt är en sporbildande och gram-positiv bakterie som vid sporulering bildar ett viktigt kristallprotein som är insekticidalt med hög specifik toxicitet. Till skillnad från sin släkting B. anthracis som orsakar mjältbrand, är Bt helt ofarlig för däggdjur, fåglar och fiskar.
Bacillus thuringiensis (Bt) genellikle biyolojik pestisit olarak kullanılan, Gram-pozitif, toprakta yaşayan bir bakteridir.[1] B. thuringiensis çeşitli güve ve kelebek türlerinin tırtıllarının bağırsaklarında, yaprak yüzeylerinda, sucul ortamlarda, hayvan dışkısında, böcek popülasyonunun yoğun olduğu ortamlarda, un değirmenleri ve tahıl depolama tesislerinde doğal olarak bulunmaktadır.
Sporlanma sırasında, birçok Bacillus thuringiensis suşunun δ-endotoksinleri denilen kristal proteinleri (proteinli inklüzyonlar) üreterek böcekleri öldürdüğü görülmüş bu da böcek öldürücü maddeler olarak kullanımına yol açmıştır. Birçok kristal üreten Bacillus thuringiensis suşu olsa da hepsinin böcek öldürücü özellikleri yoktur.
Bacillus thuringiensis (Bt) genellikle biyolojik pestisit olarak kullanılan, Gram-pozitif, toprakta yaşayan bir bakteridir. B. thuringiensis çeşitli güve ve kelebek türlerinin tırtıllarının bağırsaklarında, yaprak yüzeylerinda, sucul ortamlarda, hayvan dışkısında, böcek popülasyonunun yoğun olduğu ortamlarda, un değirmenleri ve tahıl depolama tesislerinde doğal olarak bulunmaktadır.
Sporlanma sırasında, birçok Bacillus thuringiensis suşunun δ-endotoksinleri denilen kristal proteinleri (proteinli inklüzyonlar) üreterek böcekleri öldürdüğü görülmüş bu da böcek öldürücü maddeler olarak kullanımına yol açmıştır. Birçok kristal üreten Bacillus thuringiensis suşu olsa da hepsinin böcek öldürücü özellikleri yoktur.
Bacillus thuringiensis (viết tắt: Bt) là vi khuẩn Gram dương, và cũng là loài vi khuẩn đất điển hình được phân lập ở vùng Thuringia, Đức. Bt có khả năng tổng hợp protein gây tệ liệt ấu trùng của một số loài côn trùng gây hại, trong đó có sâu đục quả bông, các loài sâu đục thân ngô châu Á và Châu Âu. Chúng đều là sâu hại thực vật phổ biến, có khả năng gây ra những sự tàn phá nghiêm trọng
Bacillus thuringiensis có độc tính thuộc nhóm III, LD50 đường uống là>8.000 mg/kg. Thuốc rất ít độc đối với môi trường và ký sinh có ích, không độc đối với cá và ong mật.
Đây là loại thuốc nguồn gốc từ vi khuẩn, được sản xuất bằng phương pháp lên men vi khuẩn Bacillus thuringiensis. Sản phẩm lên men là độc tố ở dạng đạm tinh thể và bào tử. Độc tố này là những hợp chất đạm cao phân tử không bền vững trong môi trường kiềm, môi trường acid mạnh và dưới tác động của một số loại men; không tan trong nước và trong nhiều dung môi hữu cơ, nhưng tan trong dung dịch kiềm có độ pH từ 10 trở lên, tan trong dịch ruột của ấu trùng sâu bộ Lepidoptera. Độ lớn của tinh thể độc tố từ 0,5-2 μm.
Bt lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1901 tại Nhật Bản bởi nhà sinh vật học Shigente Ishiwarti,[1][2] khi ông tìm ra nguyên nhân gây ra cái chết đột ngột của một số sâu tơ. Shigente Ishiwarti đầu tiên phân lập vi khuẩn Bacillus thuringiensis, gọi đó là Bacillus Sotto.
Năm 1911, Ernst Berliner, ở Đức, phát hiện ra Bacillus thuringiensis, khi ấy ông cũng cho rằng nó là nguyên nhân của bệnh được gọi là Schlaffsucht ở trên bướm đêm phấn.
Năm 1976, Robert A. Zakharyan đã báo cáo sự xuất hiện của một plasmid ở B. thuringiensis và đề xuất rằng plasmid này có liên quan đến tế bào trong của thực vật và sự hình thành tinh thể.[3][4]
Việt Nam được đánh giá là nước có độ đa dạng sinh học rất cao và mang tính điển hình cho vùng Đông Nam Á. Hai vùng đặc hữu chịu ảnh hưởng của sự phân hoá theo địa hình, yếu tố khí hậu và các đặc điểm về đất đai khác biệt (vùng đồng bằng sông Hồng và Bắc Trung Bộ) được chọn nghiên cứu. Trung bình mỗi tỉnh thu thập khoảng 30 mẫu thuộc các huyện khác nhau.
Trong số 185 mẫu đất, bùn thu thập ở Hà Nội, Hà Nam, Nam Định, Thái Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Ninh Bình đã phân lập được 920 chủng Bacillus với đặc điểm Gram +, hình que, bào tử không phình. Chỉ có 295 chủng trong số đó có tinh thể hình tròn, tháp đôi, hình kim. Các chủng Bacillus có tinh thể được phân loại thành loài Bacillus thuringiensis(Bt).
Bt có trong các mẫu đất ruộng, đất vườn, bùn nước, ao hồ. Hình dạng tinh thể Bt rất đa dạng(một trong những đặc điểm quan trọng để phân loại Bt thành loài phụ). Phần lớn các chủng Bt phân lập có dạng tinh thể hình tháp đôi, một số hình cầu và một số chủng có tinh thể với các hình dạng khác nhau. Quan sát hình dạng tinh thể của các chủng Bt phân lập ở các địa phương cũng cho phép dự đoán về sự đa dạng của chúng.
Để xác định sự tồn tại gen Cry trong các chủng Bt phân lập, chúng tôi sử dụng kỹ thuật PCR với các cặp mồi được thiết kế từ gen Cry1 (mã hoá protein diệt côn trùng bộ cánh vẩy), gen Cry 3 (mã hoá protein diệt côn trùng cánh cứng) và Cry4 (mã hoá protein diệt côn trùng hai cánh). Các chủng Bt mang gen Cry nào thì ADN của chúng bắt cặp với cặp mồi đặc hiệu với gen đó.
Cho tới nay có hàng trăm gen Cry đã được công bố, tuy nhiên hầu hết mối quan tâm đều tập trung vào nhóm gen Cry1, Cry 3, Cry4. Các chủng mang gen Cry 1 sẽ nhận được sản phẩm PCR: 490bp và 980bp; các chủng mang gen Cry 4 sẽ nhận được sản phẩm PCR: 690bp và 1290bp còn các chủng mang gen Cry 3 sẽ nhận được sản phẩm PCR: 649bp và 1060bp.
Bốn chủng Bt có đặc điểm hình thái điển hình của mỗi tỉnh được chọn để xác định gen Cry. Kết quả bước đầu cho thấy trong những chủng Bt nghiên cứu của 12 tỉnh thành đã hội tụ đủ cả gen Cry1, Cry 3 và Cry 4 (hình 3). Đặc biệt có 2 chủng phân lập được ở Thái Bình (57 TB) và Quảng Bình (14 QB) mang gen Cry 3. Thường thì các chủng mang gen Cry 3 rất hiếm, đôi khi chỉ chiếm tỉ lệ 1/1000 so với các chủng Bt tìm thấy. Do đó việc dự đoán 2 chủng 57 TB và 14 QB mang gen Cry 3 là một điều lý thú, minh chứng cho sự đa dạng gen Cry của Bt ở Việt Nam.
Thành phần protein tinh thể của Bt không những quyết định hoạt lực diệt côn trùng mà còn liên quan đến sự tồn tại các lớp gen Cry. Các protein 130kDa, diệt côn trùng cánh vẩy do gen cry1 mã hoá. Gen Cry 3 mã hoá protein có trọng lượng phân tử thấp hơn (66-73kDa), diệt côn trùng cánh cứng. Protein tinh thể diệt côn trùng hai cánh đa dạng nhất bao gồm các protein 130 kDa, 128kDa, 67kDa, 28kDa do gen cry 4, cry 10, cry 11 mã hoá. Các protein này đều có hoạt lực diệt ruồi, muỗi, tuy nhiên mức độ gây độc khác nhau.
Tất cả các chủng Bt được chọn để nghiên cứu gen cry cũng được sử dụng để nghiên cứu thành phần protein. Tinh thể protein của các chủng Bt sau khi hoà tan với NaOH, SDS, mercaptoethanol được điện di trên gel polyacrylamide. Kết quả cho thấy một số chủng nghiên cứu có băng protein 130 kDa giống chủng chuẩn Btk (hình 4), một số chủng khác có protein 130 kDa, 67kDa, 28kDa giống chủng chuẩn Bti. Hai chủng 57 TB và 14 QB mang gen Cry 3 đều không có băng protein 130 kDa mà chỉ có băng 70 kDa giống chủng chuẩn Btt (hình 4).
-Bước 1: Xâm nhập vào các ấu trùng của côn trùng qua đường tiêu hóa.
-Bước 2: Protein Bt được hoạt hóa dưới tác động của môi trường kiềm trong ruột côn trùng.
-Bước 3: Chọc thủng ruột giữa gây ra sự tổn thương làm chúng ngừng ăn. Sau đó một vài ngày chúng chết.
Với khả năng sản sinh protein độc tố có khả năng diệt côn trùng, Bt đã và đang được rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu và khám phá giá trị nông học của chúng. Đến nay, hơn 200 loại protein của Bt đã được phát hiện với các nồng độ độc tố diệt một số loài côn trùng khác nhau.
Phương pháp truyền thống
Bt có thể được nuôi cấu dễ dàng nhờ quá trình lên men. Vì vậy, Bt đã được sử dụng rộng rãi làm thuốc diệt côn trùng từ hơn 40 năm nay ở nhiêu nơi trên thế giới. Đặc biệt, Bt đã đem lại những lợi ích to lớn cho các nông trại hữu cơ vì chúng được coi là một trong rất ít thuốc trừ sâu đạt tiêu chuẩn hữu cơ. Tùy thuộc vào cấu trúc (dạng hạt hay dạng dịch) mà thuốc diệt côn trùng Bt được phun hay rắc.
Tuy nhiên, vẫn tồn tại một số hạn chế nhất định đối với cả hai trường hợp ứng dụng này như thuốc diệt côn trùng Bt rất khó tiếp xúc với côn trùng đích ẩn sâu dưới lá, đất. Những bất lợi này hoàn toàn được loại trừ nhờ công nghệ sinh học hiện đại.
Phương pháp hiện đại
Các nhà khoa học đã tiến hành chuyển gen Bt mã hóa cho protein tinh thể độc tố từ vi khuẩn Bt vào thực vật. Cây trồng được chuyển gen Bt này sẽ có khả năng tự kháng lại sâu hại. Các protein sản sinh trong thực vật không bị rửa trôi hay bị phân huỷ dưới ánh nắng mặt trời.Vì vậy, bất kể trong điều kiện sinh thái, khí hậu thế nào thì cây trồng vẫn được bảo vệ khỏi sự tấn công của sâu đục thân, hay đục quả.
Kết quả thử nghiệm trên đồng ruộng trồng bắp cải cho thấy các chế phẩm Bt diệt được gần 90% sâu hại, so với gần 80% của thuốc.
Đến cuối năm 2005, diện tích cây trồng mang gen Bt vào khoảng 26,2 triệu héc-ta.
Những nghiên cứu đặt nền móng trong lịch sử phát triển Bt là sự phát hiện ngẫu nhiên ra loài Bacillus gây hại ấu trùng tằm. Trong vòng 100 năm qua, những nghiên cứu về Bt liên tục phát triển. Các chế phẩm Bt được sản xuất và sử dụng rộng rãi ở khắp các châu lục (châu Âu, Á, Mỹ, Phi…). Nhiều nước trên thế giới đã xây dựng và nghiên cứu tập đoàn Bt nhằm tìm hiểu vai trò của Bt trong môi trường cũng như sự phân bố gen Cry và thu nhận những chủng Bt có hoạt lực diệt côn trùng cao để đưa vào ứng dụng.
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, thiên nhiên phong phú và đa dạng. Các vùng trong lãnh thổ Việt Nam có sự khác biệt khá đậm nét về điều kiện khí hậu, vị trí địa lý, tạo nên sự đa dạng về chủng loại động vật, thực vật và vi sinh vật.
Người ta cho rằng vùng đất nào nhiều côn trùng thì cũng xuất hiện nhiều Bt diệt côn trùng. Điều kiện khí hậu của nước ta thích hợp cho nhiều loài côn trùng sinh trưởng và phát triển vì vậy cũng hứa hẹn có một tập đoàn Bt phong phú và đa dạng về chủng loại cũng như gen Cry. Hai vùng lãnh thổ đặc hữu (vùng đồng bằng sông Hồng và Bắc Trung Bộ) được chọn để nghiên cứu.
Khuẩn Bt trông như chiếc gậy gộc, dài chưa đầy 5/1000mm. Khi nó lớn đến một mức nhất định, ở một đầu sẽ hình thành một nha bào hình trứng để sinh sản, đầu kia sinh ra một thể kết tinh khối thoi hoặc gần khối vuông. Vì cùng sinh ra đồng thời với nha bào, người ta gọi là tinh thể bạn, rất độc. Khi sâu hại phá hoại mùa màng ăn phải khuẩn Bt, tinh thể bạn sẽ phá hỏng hệ thống tiêu hóa của sâu, khiến chúng ngừng ăn, nôn mửa, ỉa chảy; còn nha bào vào máu sẽ gây bệnh thiếu máu cho sâu, cuối cùng sâu chết.
Phát hiện khuẩn Bt đã mở ra một triển vọng sáng sủa của biện pháp trừ sâu sinh học. Hiện nay người ta đã sản xuất khuẩn Bt quy mô lớn, rồi chế biến thành các loại thuốc như Thuricide, Biotrol, Bathurin... có tác dụng diệt hàng trăm giống sâu hại.
Ngày nay các chế phẩm sinh học an toàn cho phòng trừ sâu hại cây trồng và nông sản bảo quản đã được khuyến khích, ứng dụng để thay thế dần các thuốc trừ sâu hoá học, trong đó thuốc trừ sâu vi sinh Bacillus thuringiensis (gọi tắt là Bt) được dùng rộng rãi nhất. Trong những năm gần đây các nhà khoa học đã có rất nhiều cố gắng để phân lập vi khuẩn này từ môi trường của nhiều nước trên thế giới với hy vọng tìm ra những chủng B. thuringiensis có phổ gây bệnh mới và khoảng vật chủ rộng hoặc nâng cao hoạt tính các chủng B.thuringiensis đối với các nhóm côn trùng mới, hay tìm kiếm nguồn gen từ những chủng phân lập cho các kỹ thuật di truyền tiếp theo. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học hiện đại, đặc biệt là công nghệ gen đã mở ra những tiềm năng hết sức to lớn cho việc phát triển thuốc trừ sâu sinh học B. thuringiensis. Việc làm giàu thêm bộ sưu tập các chủng B. thuringiensis phân lập ở Việt Nam và nguồn gen quý từ những chủng này nhằm tạo ra các chủng tái tổ hợp mới có phổ diệt sâu rộng hơn đối với một số loài côn trùng quan trọng là rất cần thiết.Đã thử nghiệm hoạt tính diệt sâu của 10 chủng B. thuringiensis var. kurstaki phân lập có tinh thể hình quả trám, trong đó 9/10 chủng có hoạt tính diệt 90 - 100% đối với sâu tơ P. xylostella và sâu keo S. exiqua; 7/10 chủng có hiệu quả diệt 80-90% đối với sâu khoang S. litura; 6/10 chủng có hoạt tính diệt 50-60% đối với sâu bông H. armigera. 10/10 chủng có hiệu quả diệt 100% đối với sâu ngài gạo C. cephalonica.
Cây trồng Bt là công cụ diệt sâu bệnh thực vật mới. Vấn đề khai thác mọi khả năng giảm thiệt hại mùa màng và tăng sản lượng lương thực trở nên cấp bách khi dân số toàn cầu tăng lên nhanh chóng và diện tích đất canh tác lại giảm đáng kể. Cùng với kỹ thuật canh tác nông nghiệp thích hợp, công nghệ kháng côn trùng Bt có thể đem lại rất nhiều lợi ích cho loài người.
Những lợi ích của cây trồng Bt:
1. Tăng cường quản lý sâu bệnh.
2. Giảm sử dụng thuốc trừ sâu.
3.Thu được lợi nhuận nhiều hơn.
4.Cải thiện điều kiện cho các sinh vật có ích.
5.Ngô chứa ít độc tố mycotoxin – độc tố có thể gây chết gia súc và ung thư cho người
6.Quản lý tính kháng côn trùng (IRM) Cây Ngô Bt kháng côn trùng biến đổi gen
Bacillus thuringiensis là loại thuốc vị độc, không có hiệu lực tiếp xúc và xông hơi. Tinh thể độc tố tan trong dịch ruột, gây tổn thương màng ruột ấu trùng và gây các tác động sinh lý khác làm cho ấu trùng chán ăn và ngừng ăn, cuối cùng tử vong. Do đó tuy hiệu lực giết sâu của thuốc biểu hiện chậm nhưng ngay sau khi phun thuốc sâu đã ngừng phá hoại. Có hai loại thuốc Bt, loại chứa tinh thể độc tố và bào tử (khoảng 107 bào tử/mg) và loại thuốc Bt chỉ chứa tinh thể độc tố. Sau khi phun, tinh thể độc tố gây hiệu lực ngay và sau đó phân hủy giải độc, còn bào tử thì có thể tồn tại lâu (một năm hoặc lâu hơn).
Vì ấu trùng tằm rất mẫn cảm với thuốc Bt nên ở những nước trồng nhiều dâu nuôi tằm chỉ sử dụng loại Bt không chứa bào tử. Tùy thuộc vào chủng vi khuẩn Bt mà quá trình lên men có thể thu được các loại tinh thẻ độc tố khác nhau như â-exotoxin, đ-exotoxin, ê-exotoxin và ô-endotoxin. â-Exotoxin (â ngoại độc tố) có hiệu lực cao đối với ấu trùng bộ Lepidoptera, Coleoptera, Hymenoptera và Orthoptera. đ-Exotoxin (đ-ngoại độc tố) có hiệu lực cao đối với sâu thuộc bộ Diptera và ô-endotoxin (ô-nội độc tố) có hiệu lực cao đối với ấu trùng bộ Lepidoptera. Thuốc Bt loại chứa bào tử và tinh thể độc tố được gia công thành thuốc bột thấm nước (16.000 i.u./mg, i.u. = international unit = đơn vị quốc tế), dung dịch đặc (4.000 i.u./mg), thuốc phun bột (160-800 i.u./mg). Thuốc Bt bột thấm nước được dùng từ 300-2.000 g/ha để trừ sâu tơ hại rau (bao gồm cả chủng chống thuốc hóa học); sâu xanh hại rau, bắp, bông; sâu đo hại đay; sâu đóm hại thông; bọ gậy. Thuốc Bt hỗn hợp được với hầu hết các loại thuốc trừ sâu khác. Chế phẩm không chứa bào tử có thể hỗn hợp với nhiều loại thuốc trừ nấm bệnh song không hỗn hợp được với các loại thuốc có kiềm tính mạnh như thuốc vôi + lưu huỳnh, vôi + phèn xanh (hỗn hợp Bordeaux) và phân bón hóa học.
Thuốc Bacillus thuringiensis rất mẫn cảm với nhiệt độ cao và tia cực tím, do đó cần bảo quản nơi mát.
Có nhiều loại thuốc Bacillus thuringiensis trên thị trường thế giới như:
Bacillus thuringiensis (viết tắt: Bt) là vi khuẩn Gram dương, và cũng là loài vi khuẩn đất điển hình được phân lập ở vùng Thuringia, Đức. Bt có khả năng tổng hợp protein gây tệ liệt ấu trùng của một số loài côn trùng gây hại, trong đó có sâu đục quả bông, các loài sâu đục thân ngô châu Á và Châu Âu. Chúng đều là sâu hại thực vật phổ biến, có khả năng gây ra những sự tàn phá nghiêm trọng
Bacillus thuringiensis có độc tính thuộc nhóm III, LD50 đường uống là>8.000 mg/kg. Thuốc rất ít độc đối với môi trường và ký sinh có ích, không độc đối với cá và ong mật.
Đây là loại thuốc nguồn gốc từ vi khuẩn, được sản xuất bằng phương pháp lên men vi khuẩn Bacillus thuringiensis. Sản phẩm lên men là độc tố ở dạng đạm tinh thể và bào tử. Độc tố này là những hợp chất đạm cao phân tử không bền vững trong môi trường kiềm, môi trường acid mạnh và dưới tác động của một số loại men; không tan trong nước và trong nhiều dung môi hữu cơ, nhưng tan trong dung dịch kiềm có độ pH từ 10 trở lên, tan trong dịch ruột của ấu trùng sâu bộ Lepidoptera. Độ lớn của tinh thể độc tố từ 0,5-2 μm.
Bacillus thuringiensis Berliner 1915
Bacillus thuringiensis (лат.) — вид грамположительных, спорообразующих почвенных бактерий. Клетки и специфический кристаллический белковый δ-эндотоксин проявляют инсектицидное действие по отношению к гусеницам многих представителей насекомых отрядов чешуекрылых и жёсткокрылых, личинкам москитов, мошек, нематод[1]. Используется в биозащите растений, при помощи гена эндотоксина (Cry-токсина) осуществлена трансформация растений и получены ГМ растения, устойчивые к поеданию вредителями. Характерной морфологической особенностью является наличие кристаллов токсинов в цитоплазме, окрашиваемых красителем анилиновым чёрным.
Хемоорганогетеротроф, факультативный анаэроб. Представляет собой крупную (5 × 1 мкм) палочковидную бактерию. Подвижны, образуют термоустойчивую спору, расположенную субтерминально. В центре клетки располагается кристалл токсина, прокрашивающийся красителем анилиновым чёрным (систематический признак)[2].
Геном Bacillus thuringiensis штамма Al Hakam представлен кольцевой двуцепочечной молекулой ДНК размером 5257091 п.н., содержащей 4883 гена, из которых 4736 кодируют белки[3]. Также в геноме этого штамма присутствует плазмида pALH1, также представленная кольцевой двуцепочечной молекулой ДНК размером 55939 п.н., содержащей 62 гена, из которых 62 кодируют белки[4].
Кристалл токсина представляет собой агрегат, состоящий из высокомолекулярного белка (130—140 кДа). Является протоксином, необходима предварительная активация, практически нерастворим в воде (растворяется лишь в среднем кишечнике чувствительных видов насекомых при pH около 9.5) и является безопасным для всех позвоночных (включая человека) и большинства насекомых[5], проявляя высокую специфичность по отношению к насекомому—хозяину. После растворения в кишечнике подвергается расщеплению протеазами с образованием активного δ-токсина с молекулярной массой 60 кДа. Активный токсин прикрепляется к мембранам эпителия среднего кишечника насекомых, вызывая уравнивание концентраций ионов снаружи и внутри клеток, что приводит к нарушению работы пищеварительной системы личинки, постепенно вызывая голодную смерть. Понижения рН кишечника личинок необходимо B. thuringiensis для создания благоприятных условий для своего развития и размножения в теле хозяина[6]. (См. Cry-токсины)
Бактерии и их очищенные энтомоцидные кристаллические токсины нашли применение в биозащите растений [7] ввиду их высокой специфичности по отношению к насекомым-вредителям, отсутствия к ним привыкания, низкой опасности ввиду отсутствия биологических эффектов для позвоночных и других отрядов насекомых, высокой технологичности. Разработаны и широко применяются ГМ растения (кукуруза, картофель и хлопок[8]), несущие cry-гены и соответственно продуцирующие Cry-токсины, обладающие высокой устойчивостью к насекомым-вредителям.
Bacillus thuringiensis (лат.) — вид грамположительных, спорообразующих почвенных бактерий. Клетки и специфический кристаллический белковый δ-эндотоксин проявляют инсектицидное действие по отношению к гусеницам многих представителей насекомых отрядов чешуекрылых и жёсткокрылых, личинкам москитов, мошек, нематод. Используется в биозащите растений, при помощи гена эндотоксина (Cry-токсина) осуществлена трансформация растений и получены ГМ растения, устойчивые к поеданию вредителями. Характерной морфологической особенностью является наличие кристаллов токсинов в цитоплазме, окрашиваемых красителем анилиновым чёрным.
苏云金芽孢杆菌（學名：Bacillus thuringiensis，专著中简称为Bt），又稱苏力菌，是革兰氏阳性的，芽孢杆菌属陆生习性的细菌。另外, 苏云金芽孢杆菌可寄生在一些蛾类和蝶类的幼虫上,甚至是植物表面。
苏云金芽孢杆菌由日本细菌学家石渡繁胤和德国科学家恩斯特·贝尔林纳（Ernst Berliner）分别在1901年和1911年独立发现。贝尔林纳是从患有叫做Schlaffsucht的疾病的地中海粉蛾幼虫中发现该菌，并用发现地德国圖林根（拉丁語Thuringia）命名。苏云金芽孢杆菌与蜡样芽孢杆菌和炭疽杆菌同属芽孢杆菌属，三种微生物的区别在于质粒的不同。与同属的其他成员一样，这三种杆菌需氧且可产生内孢子。
苏云金芽孢杆菌分泌出的由cry基因编码的，有杀虫活性的δ-毒素（或被称为杀虫晶体蛋白[ICP]）的蛋白结晶构成了内孢子。Cry蛋白对鳞翅目（如蛾与蝶）、双翅目（如苍蝇、蚊子）和鞘翅目（甲虫）有很大杀伤力。因此，可将苏云金芽孢杆菌发酵生产制成高效生物杀虫剂，或用cry基因制成防虫害的转基因产品。
苏云金芽孢杆菌的伴孢晶体蛋白生产出的杀虫剂，由于其窄谱杀虫活性，被广泛认为是环境友好的杀虫剂，对人体、野生生物、传粉昆虫和其它多数益虫几乎無害。比利时植物遗传系统公司在1985年首次报道开发出含cry基因的转基因烟草。1990年，中国农科院与江苏省农科院合作，成功地将苏云金芽孢杆菌伴孢晶体蛋白基因导入大面积推广的棉花品种中，证明已获得转基因抗棉铃虫棉植株。
苏云金芽孢杆菌杀虫制剂常被用作液体喷射在作物上，药物必须被害虫食用才能发挥效用。溶液化的毒素在幼虫易受影响的中肠细胞膜上形成孔洞，导致害虫患败血病死亡。最新的研究表明，苏云金芽孢杆菌必须在幼虫的中肠细菌存在下才能进行杀虫活动。
苏云金芽孢杆菌的以色列亚种广泛用于杀灭孑孓（蚊幼虫），该方法是蚊虫防治中的重要的环境友好方案。
2000年，苏云金芽孢杆菌基因改造作物种植面积超过115,000 km²，占世界转基因作物耕种面积的19%，苏菌改造作物有可能取代33%的农药销售站。现在，每年有超过31,000 km²的苏菌改造作物取代传统的化学农药施用作物。
根据绿色和平组织欧洲分部的最新研究，苏菌毒素对小鼠肝脏可能有轻微损害。[1]
苏菌基因的表达会发生变化。若温度不理想，可能降低毒素产生，使植物易受侵蚀。更加严重地，毒素减少的晚季植物已被证明，会形成启动子的DNA甲基化。
毒素的持续使用会使普通害虫演化为抗性虫。已知小菜蛾对苏菌毒素的喷雾形式已有抗性。另一种可能的危险，如，转基因玉米与变异野草杂交，苏菌基因的抗性即由可能因食物链来到食草动物群落中。
苏云金芽孢杆菌（學名：Bacillus thuringiensis，专著中简称为Bt），又稱苏力菌，是革兰氏阳性的，芽孢杆菌属陆生习性的细菌。另外, 苏云金芽孢杆菌可寄生在一些蛾类和蝶类的幼虫上,甚至是植物表面。
苏云金芽孢杆菌由日本细菌学家石渡繁胤和德国科学家恩斯特·贝尔林纳（Ernst Berliner）分别在1901年和1911年独立发现。贝尔林纳是从患有叫做Schlaffsucht的疾病的地中海粉蛾幼虫中发现该菌，并用发现地德国圖林根（拉丁語Thuringia）命名。苏云金芽孢杆菌与蜡样芽孢杆菌和炭疽杆菌同属芽孢杆菌属，三种微生物的区别在于质粒的不同。与同属的其他成员一样，这三种杆菌需氧且可产生内孢子。
苏云金芽孢杆菌分泌出的由cry基因编码的，有杀虫活性的δ-毒素（或被称为杀虫晶体蛋白[ICP]）的蛋白结晶构成了内孢子。Cry蛋白对鳞翅目（如蛾与蝶）、双翅目（如苍蝇、蚊子）和鞘翅目（甲虫）有很大杀伤力。因此，可将苏云金芽孢杆菌发酵生产制成高效生物杀虫剂，或用cry基因制成防虫害的转基因产品。
バチルス・チューリンゲンシス（Bacillus thuringiensis、バシラス・スリンジエンシス、バキッルス・ツリンギエンシス）はBacillus属に属する真正細菌の一種である。
1901年（明治34年）に石渡繁胤（いしわたしげたね）により、カイコの病原細菌として日本で発見された。石渡は1901年の論文（大日本蚕糸会報）で、激烈な症状（卒倒）を呈して死亡したカイコ幼虫から Bacillus 属の病原細菌を分離し、この細菌を培養してカイコ幼虫に再び摂食させたところ、同様の激しい症状を呈して死亡したと報告している。石渡はこの細菌病を卒倒病、病原細菌を卒倒病菌と名付けたが、細菌の新種としての記載は行わなかった。
一方、1911年 エルンスト・ベルリナー (Ernst Berliner) はドイツで同種の細菌をスジコナマダラメイガの病死虫から分離し、病死虫が発見された中部ドイツのテューリンゲン（ラテン語名: Thuringia）にちなんで Bacillus thuringiensis と命名した[1][2]。石渡が発見した卒倒病菌の名称は、現在、B. thuringiensis H血清型4abのserovar sottoとして残っている。
B. thuringiensis は養蚕農家の塵埃、土壌、植物の葉面、淡水、海底の堆積物等、様々な自然環境から分離できることが報告されている。これまでに、鱗翅目、双翅目、鞘翅目等に選択的な毒性を示す菌株が得られており、人体や環境に安全な生物農薬、微生物殺虫剤として、世界各国でBT剤が使用されている。また、殺虫性タンパク質(Bt毒素)の生産に係わる遺伝子を植物に組み込むことで、特定の農産害虫に抵抗力を有した作物（遺伝子組み換え作物）を作出する事が出来る[3]。昆虫だけでなく線虫や土壌微生物にも影響を与える報告がある[4]。
自然環境から分離される B. thuringiensis には昆虫に毒性を示さない菌株も多く含まれており、分離源によっては、ほとんどの分離株が非殺虫性の場合もある。このような、非殺虫性のB. thuringiensisが産生する結晶性タンパク質がどのような生理活性を有するのか長い間謎であったが、2000年、非殺虫性の結晶性タンパク質から、ヒトのガン細胞に対して選択的な破壊活性を示すパラスポリン (parasporin) が発見された[5]。
近縁のセレウス菌（ B. cereus ）は、感染性胃腸炎や菌血症の原因菌として見過ごせない菌であるが、B. cereus との違いは殺虫性結晶タンパク質の生産能の有無で区別されている[6]。
広く自然界に存在しているものの生物農薬として利用されていることから、多くの農産物に付着している為、農産加工品食品（特に豆腐）への影響が懸念されている。外国産大豆 137検体、国産大豆 43検体、市販の豆腐 30検体を調査したところ、外国産の汚染率が高かったが国産も汚染されていた。また、市販の豆腐からは食品衛生上問題にならない程度の下痢毒が検出された[6]。
バチルス・チューリンゲンシス（Bacillus thuringiensis、バシラス・スリンジエンシス、バキッルス・ツリンギエンシス）はBacillus属に属する真正細菌の一種である。
바실러스 튜린겐시스(Bacillus thuringiensis)는 그람 양성 박테리아이자 살충 효과를 가진 토양미생물로 상업적으로 널리 쓰이는 성공적인 미생물 살충제 중 하나이다.[1]
바실러스 튜린겐시스는 1901년 일본의 미생물학자 이시와타가 병든 누에(Bombyx mori)로부터 바실러스(Bacillus)를 분리함으로써 시작되었다. 약 10년 후에는 병든 꽃가루나방으로부터 유사한 미생물을 분리했는데(Berliner) 이때부터 그 미생물의 이름을 바실러스 튜린겐시스라 하였다. 이 농약이 상업적으로 널리 사용되는 데는 수십년이 걸렸지만 1980년대 여러 기술에(특히 DNA 재조합기술) 의해서 그 사용이 크게 증가하였다.[2]
GMO는 옥수수에 특정 곤충에 대하여 살충 효과를 가진 토양미생물인 바실러스 튜린겐시스의 독소유전자를 삽입하여 재배된다. 이 독소유전자가 만드는 'Cry 단백질'은 곤충이 먹으면 곤충의 알칼리성 소화액에서 분해되고 맛있음 그 분해된 펩타이드가 곤충의 수용체와 결합하여 소화관에 구멍을 뚫어 곤충이 죽게된다.[3]
바실러스 튜린겐시스가 생산하는 단백질은 척추동물에게는 독성이 나타나지 않고, 이 단백질을 사람이 먹으면 아미노산으로 완전히 분해되어 소화되며, 분해되지 않더라도 사람에게는 단백질을 결합할 수 있는 수용체가 없어 작용할 수 없다는 것이 실험으로 확인되었다. 바실러스 튜린겐시스가 생산하는 독소는 미생물 농약으로 1938년 이후 오랫동안 사용되고 있으며, 세계보건기구(WHO)와 경제협력개발기구(OECD)에서도 사람이 섭취하여도 안전하다고 발표하였다.[4]
GMO 작물은 살충 성분(바실러스 튜린겐시스)을 가지고 있기 때문에 사람에게도 위험하다. 또한 환경문제, 도덕적 윤리적 문제, 다국적 기업 및 선진국의 식량독점 문제 등을 일으킬 우려가 있다.[5]
