Биотехнология Bacillus thuringiensis - Характеристика пестицидных белков Bacillus thuringiensis и их генетических детерминант
Биотехнологические проекты с использованием BT ведутся в двух основных направлениях: 1) использование различных штаммов ВТ в качестве источника генетических детерминант токсинов с целью создания новых трансгенных организмов, которые изначально не обладают способностью к синтезу пестицидных белков; 2) улучшение уже известных штаммов ВТ и родственных ей видов путем повышения биологической активности токсинов и расширения спектра действия пестицидных белков, синтезируемых конкретным штаммом, с целью последующего получения биопестицидных препаратов (Добрица и др., 2001; Federici et al., 2003; Walters et al., 2008).
В первом направлении большинство работ ведется в области создания трансгенных растений и бактерий (Schnepf et al., 1998). Трансгенные растения, способные экспрессировать Cry-гены, обладают высокой степенью устойчивости к своим специфическим вредителям, за исключением случаев приобретения последними устойчивости к токсинам. В качестве примера можно привести трансгенный сорт кукурузы MON863, устойчивый к Diabrotica spp. Он был получен путем введения в клетки зародыша растения ДНК-вектора, который содержал модифицированный Cry3Bb1 ген, встроенный под промотор 4-AS1, с которого идет синтез белка, усиливающего рост корней растения. Сам вектор со встроенным геном Cry3Bb1 был введен в клетки методом бомбардировки микрочастицами (Vaughn et al., 2005). Чужеродные гены могут быть введены в растительную клетку также с использованием векторов на основе вирусов растений и Ti-плазмид (Щелкунов, 2004).
Трансгенные бактерии используют в качестве биологического средства борьбы с различными вредителями сельского хозяйства и переносчиками определенных заболеваний. Например, сконструирован рекомбинантный штамм ВТ, несущий наряду с москитоцидными Cry - и Cyt-генами дополнительный ген, детерминирующий бинарный токсин, источником которого послужил геном Bacillus sphaericus. Этот трансгенный штамм обладает высокой инсектицидной активностью по отношению к представителям рода Culex (Federici et al., 2003). Путем конъюгационного переноса из клеток BT Cry-генов, продукты которых активны в отношении Чешуекрылых, в клетки Bacillus megaterium удалось также получить рекомбинантный штамм, продуцирующий инсектицидные белки. Поскольку использованный штамм B. megaterium в естественных условиях обитает на поверхности листьев хлопчатника, то обработка растений хлопчатника живой культурой клеток рекомбинантного штамма обусловила высокую степень устойчивости растений к поражению личинками Heliothis armigera: на протяжении 21 дня после обработки смертность личинок составляла 75-96% (Bora et al., 1994).
Что касается второго направления в биотехнологии ВТ, то оно подразумевает молекулярно-генетические манипуляции, генную и белковую инженерию, направленные на получение промышленных штаммов ВТ для производства биопестицидов и некоторых других препаратов. Так, значительное повышение инсектицидной активности штаммов ВТ может быть достигнуто путем создания рекомбинантных бактериальных клеток, Cry - и Cyt-гены которых происходят из различных штаммов. Таким образом добиваются расширения спектра действия препаратов, полученных на основе таких генно-инженерных штаммов (Добрица и др., 2001; Baum et al., 1996). В ряде случаев наблюдается синергетический эффект, когда один токсин усиливает действие другого или же оба токсина оказывают взаимоусиливающее влияние. В качестве примера можно привести Bacillus thuringiensis Subsp. Kurstaki, штамм IPM-46. В препаратах на основе этого рекомбинантного штамма Cry3A токсин проявляет значительно большую активность против колорадского жука, чем в исходном штамме, за счет усиления его активности токсином Cry1A. Полагают, что в этом случае Cry3A отвечает за связывание с рецепторами на мембране клеток кишечного эпителия колорадского жука, а Cry1A, обладая более высокой пороформирующей способностью по сравнению с Cry3A, образует собственно пору (Добрица и др., 2001). Интересно, что Cyt-токсины вследствие своего значительно более широкого спектра действия и высокой способности к порообразованию способны усиливать активность Cry-токсинов и расширять круг их видов-мишеней, функционируя, очевидно, как мембраносвязанный рецептор для самих Cry-токсинов (Manasherob et al., 2003; Perez et al., 2005). Таким образом, синергетический эффект основан на межмолекулярных взаимодействиях токсинов.
Недостатком непосредственного использования клеток ВТ после споруляции в качестве биопестицида или их споро-кристаллических комплексов является засорение окружающей среды спорами, поэтому часто для наработки токсинов в составе внутриклеточных кристаллических включений используют либо мутантные штаммы ВТ, неспособные к спорообразованию, либо штаммы других видов бактерий, например, представителей рода Pseudomonas. В последнем случае можно получить так называемые инкапсулированные биопестициды, в которых д-эндотоксины защищены от действия повреждающих факторов внешней среды клеточной оболочкой (Добрица и др., 2001).
Генно-инженерные манипуляции, направленные на определенные последовательности в составе генов, детерминирующих токсины, могут изменять свойства продукта этих генов. Например, путем сайт-специфического мутагенеза в последовательностях, кодирующих петли домена II, можно получить токсин, проявляющий специфичность уже по отношению к другому виду насекомых-вредителей (Liu, Dean, 2006), а путем изменения сайта распознавания для протеаз в домене I можно повысить активность токсина (Walters et al., 2008).
Похожие статьи
-
Клетками-мишенями для белков Cry-семейства (т. н. д-эндотоксинов) являются эпителиальные клетки средней кишки насекомых, а также некоторых других...
-
Введение - Характеристика пестицидных белков Bacillus thuringiensis и их генетических детерминант
Объектом данной курсовой работы является Bacillus thuringiensis , а предметом - использование данного вида эубактерий как продуцента хозяйственно...
-
Уже показанное в разделе 3.1 многообразие как групп токсинов, так и индивидуальных токсинов является следствием высокой генетической пластичности...
-
Bacillus thuringiensis (BТ) относится к грамположительным аэробным спорообразующим эубактериям палочковидной формы и принадлежит к сем. Bacillaceae . Это...
-
Общая характеристика и структура токсинов Токсины, продуцируемые BT, представляют собой белки с молекулярной массой от 130 до 140 кДа либо около 70 кДа...
-
Этот оперон содержит гены, детерминирующие устойчивость к антибиотикам, а также в его состав может входить транспозон или его часть -...
-
Благодаря постоянному и беспорядочному броуновскому движению молекул воды [4] две идентичные по всем параметрам биомолекулы (БМ) способны не только...
-
Непременным компонентом вирусной частицы является какая-либо одна из двух нуклеиновых кислот, белок и зольные элементы. Эти три компонента являются...
-
Гормоны аденогипофиза (тропные гормоны) имеют пептидную природу, поступают в общий кровоток и достигают определенных тканей-мишеней. В зависимости от...
-
Генетические методы изучения биопленок - Использование микробных биопленок в промышленности
Для выявления генов, участвующих в генетическом контроле любого процесса, используются методы направленного и ненаправленного (инсерционного)...
-
К чистым факторам переноса относят, например, факторы F и F-подобные (pAP22-4, pAP38, pAP39, pAP41) и pTRA1, фактор T, идентифицированный в E. coli,...
-
Морская свинка обладает 32-мя парами хромосом. Таким образом получаем что общее число хромосом у морской свинки 64 шт о своему генотипу морские свинки...
-
Именно броуновское движение органических молекул в водной среде является причиной не только самоорганизации БС, но и их самовосстановления....
-
Апоптоз - Характеристика основ иммунологии
Пролиферация клеток Количество клеток в ткани регулируется двумя процессами-- Пролиферацией Клеток и " Программированной, или физиологической, гибелью...
-
Обмен белков - Питательные вещества
После расщепления белков в пищеварительном тракте образовавшиеся аминокислоты всасываются в кровь. В кровь всасывается также незначительное количество...
-
Ген и его строение - Биосинтез белков. Ген и его роль в синтезе белков
Ген представляет собой элементарную единицу функции наследственного материала. Это означает, что фрагмент молекулы ДНК, соответствующий отдельному гену и...
-
Методы клонального микроразмножения - Биотехнология микроклонального размножения особей
Существует много методов клонального микроразмножения, а также различных их классификаций. Согласно одной из них, предложенной Мурасиге в 1977 году,...
-
Вода и растворенные в ней вещества, числе минеральные соли, создают внутреннюю среду организма, свойства к-й сохраняются постоянными или изменяются...
-
Сердечные гликозиды - обширная и весьма важная в медицинском отношении группа природных гликозидов. Сердечными гликозидами называются гликозиды,...
-
Вирус Краснухи. характеристика, у беременных и лаб диагностика - Частная микробиология
Таксономия. Семейство Togaviridae. Род Rubivirus. Морфология. Вирион вируса сферической форму. Геном вируса представлен однонитчатой плюс-нитевой РНК,...
-
ВПГ вызывает герпетическую инфекцию, или простой герпес, характеризующийся везикулезными высыпаниями на коже, слизистых оболочках, поражением ЦНС и...
-
Обычно гликозиды классифицируют по типу агликона. Основные классы гликозидов перечислены ниже. Тиольные гликозиды (тиоцианатные, изотиоцианатные, сульфо...
-
В гипоталамо-аденогипофизарном комплексе вырабатывается 2 типа гормонов: - рилизинг-факторы или гипофизотропные гормоны (секретируются ядрами...
-
В природе существует два способа размножения растений: половой (семенной) и вегетативный. Оба эти способа имеют как свои преимущества, так и недостатки....
-
Сразу же отметим, что изменить положение своей БД для ответа на изменение внешней среды в водах с замедленным течением и тем более - в стоячих водах...
-
Обмен белков - Роль белков в организме
Аминокислоты, образовавшиеся после расщепления белков в пищеварительном тракте, всасываются в кровь. В кровь всасывается также незначительное количество...
-
Обмен белков в организме человека - Строение, функции и значение белков
Важный критерий пищевой ценности белков - доступность аминокислот. Аминокислоты большинства животных белков полностью высвобождаются в процессе...
-
Введение - Характеристика основ иммунологии
Мечников открыл первую клетку иммунной системы, которую назвали фагоцит, или макрофаг. Греческое слово "фаг" означает поедание, пожирание. Фагоцитоз был...
-
Генетический скрининг взрослых - Геном человека
В настоящее время нет общенациональных программ генетического скрининга взрослого населения, но некоторые достижения заслуживают упоминания. Лучшим...
-
Генетический скрининг новорожденных - Геном человека
Основная цель генетического скрининга новорожденных состоит в * Обнаружении аномалий еще до того, как они станут симпоматичными, дабы успеть применить...
-
Вирусы как независимые генетические системы Какое место занимают вирусы в биологическом мире? Каково их происхождение и кто их ближайшие родственники?...
-
Возбудитель чумы - Частная микробиология
Специфическая профилактика не разработана. Для лечения используют антибиотики широкого спектра действия. Таксономия. Y. enterocolitica относится к отделу...
-
- создают онкотическое давление крови, от которого зависит обмен воды между кровью и межклеточной жидкостью; - определяют вязкость крови, что в свою...
-
Характеристика пептидной связи - Первичная структура белков
Пептидная связь имеет характеристику частично двойной связи, поэтому она короче, чем остальные связи пептидного остова, и вследствие этого мало подвижна....
-
Перенос генов животных - Генная инженерия
Из генов животных первыми были введены в бактерию гены шпорцевой лягушки Xenopus laevis. Эти гены хорошо изучены и легко поддаются идентификации. Их...
-
Характеристика тип Апикомплексы - Апикомплексы
Это большая группа паразитических простейших, насчитывающая около 4800 видов. Среди них много опасных паразитов человека и животных. К апикомплекс...
-
Характеристика бесполого и полового размножения - Деление клеток
Бесполое размножение -- форма размножения, не связанная с обменом генетической информацией между особями -- половым процессом. Бесполое размножение...
-
Витамины (от лат. vita -- "жизнь" и амин) -- группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической...
-
Присутствие мобильных элементов в геноме является необходимым для генерирования генетического разнообразия посредством гомологической рекомбинации в...
-
Различают два основных класса подвижных элементов: Транспозоны и Ретротранспозоны. Такая классификация основана на молекулярных механизмах, с помощью...
Биотехнология Bacillus thuringiensis - Характеристика пестицидных белков Bacillus thuringiensis и их генетических детерминант