Cry-toksiner (fra krystaltoksiner ; δ-endotoksiner , BT-toksiner ) er proteintoksiner produceret af bakterien Bacillus thuringiensis .
Bacillus thuringiensis er en udbredt aerob Gram-positiv bakterie , der er i stand til at spore. Under sporulering danner denne mikroorganisme krystallinske indeslutninger dannet af proteintoksiner, der er specifikke for denne art (de såkaldte Cry-proteiner). Krystallerne er bipyramidale, kubiske eller runde i form og er placeret i sporangiet for enden af cellen modsat sporen. I øjeblikket kendes mere end 60 underarter af Bacillus thuringiensis , som hver producerer toksiner, der har en insekticid effekt på forskellige grupper af klassen Insecta (Insekter). Der kendes toksiner med høj specificitet, der dræber individuelle repræsentanter for ordenerne Lepidoptera (Lepidoptera) (familierne Cry1 og Cry9), Coleoptera (Coleoptera) (familien Cry3) og Diptera (Diptera) (familierne Cry4 og Cry11) på larvestadiet. Cry2-endotoksiner har dobbelt specificitet for Lepidoptera og Diptera [1] [2] .
De fleste insekticide proteiner har en molekylvægt på 130-145 kDa (repræsentanter for familierne Cry1, Cry4, Cry9, etc.). Når de først er i insekternes tarme, udsættes de for virkningen af proteinaser , der er til stede der , og danner fragmenter på 60-70 kDa, der er resistente over for yderligere proteolyse - de såkaldte "sande toksiner". Disse proteiner viser en veldefineret domænestruktur. Den C-terminale region er ret konserveret blandt forskellige klasser af entomocide proteiner. Under proteolyse nedbrydes det let ved at spalte små fragmenter af med en molekylvægt på 15-35 kDa, som igen hurtigt udsættes for yderligere hydrolyse. Den N-terminale region (svarende til det "sande toksin") er relativt resistent over for proteolyse og meget mere variabel på tværs af proteiner end den C-terminale region. De originale 130-145 kDa proteiner er således protoksiner, der kræver aktivering af insekttarmsaftproteinaser. Gruppen af toksiner, som medlemmer af Cry2-, Cry3-, Cry10- og Cry11-familierne tilhører, omfatter proteiner med en molekylvægt på 60-70 kDa. I deres primære struktur ligner de de N-terminale regioner ("sande toksiner") af 130-145 kDa proteiner. På trods af det faktum, at disse proteiner kun deler omkring 30 % aminosyresekvensidentitet, er deres tertiære strukturer ens. Cry toksiner er kugleformede proteiner dannet af tre forskellige domæner. Domæne I har en fuldstændig α-spiralstruktur. Domæne II består af tre antiparallelle β-lag og to korte α-helixer. Domæne III er en β-sandwich af to antiparallelle β-lag. [3] [4] [5] [6]
Når det kommer ind i et insekts tarme, opløses proteinkrystallen i det alkaliske miljø i tarmsaften ( pH 9,5-10,5); opløste protoksiner aktiveres af proteolytiske trypsin- og chymotrypsinlignende enzymer i insekters tarme til "ægte toksiner". Krystalproteiner er således protoksiner; for deres overgang til en giftig form er virkningen af værtsdyrets fordøjelsessaft nødvendig. Det næste trin af den toksiske virkning er bindingen af det "sande toksin" til dets affinitetsprotein (receptor) udsat på overfladen af de apikale membraner af tarmepitelceller. På dette stadium er bindingen af toksinet til receptoren reversibel. Binding til receptoren forårsager betydelige konformationelle ændringer i toksinmolekylet, hvorefter alfa-helixerne i dets N-terminale domæne danner en pore- eller ionkanal i cellemembranen, hvilket fører til celledød som følge af tab af homeostase. Efter ødelæggelse af tarmepitelet kommer bakteriecellerne ind i insektets næringsrige hæmolymfe , hvor de formerer sig [7] [8] .
Cry toksiner er meget brugt i landbruget som insekticider. Siden 1940'erne-1950'erne har man brugt sprøjtning af sporer af bakterien Bacillus thuringiensis , som også producerer disse toksiner [9] . Det betragtes nu nogle gange som et alternativ til syntetiske insekticider.
Genmodificerede sorter af dyrkede planter er blevet skabt og dyrket siden 1995 , der syntetiserer Cry-toksiner i deres eget væv - hovedsageligt majs , bomuld og kartofler [10] .
Et stort antal stammer af denne mikroorganisme er deponeret i den all-russiske samling af industrielle mikroorganismer (VKPM) fra Statens forskningsinstitut for genetik og avl af industrielle mikroorganismer (GosNII Genetika).