07.11.2017
31.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
Роль кристаллов и параспоральных включений В. thuringiensis в определении круга хозяев
 20.06.2014

Кристаллы состоят из белка и обычно присутствуют у всех штаммов В. thuringiensis, для которых они считаются одним из таксономических признаков. Их токсические свойства, проявляющиеся при заглатывании, были продемонстрированы на Bombyx mori с использованием var. sotto и var. alesti. Наблюдения Ангуса и других показали, что кристаллы активны только в организме большинства видов бабочек. Заглатывание только кристаллов может убить восприимчивые виды этого отряда. Первым симптомом поражения всегда является прекращение питания. Оно сопровождается расстройствами двух типов: 1) физиологическими, такими, как изменение проницаемости средней кишки и изменения pH гемолимфы и пищеварительного канала, летаргию и общий паралич насекомого, и 2) патологическими, как, например, увеличение численности кишечной микрофлоры и разрушение эпителиальных клеток средней кишки, переходящее в синдром «вялости», связанный с летальным для насекомого проникновением бактерий, или «потенциальных патогенов» из состава кишечной микрофлоры, в полость тела.
Развитие и интенсивность этих токсико-септицемических процессов чрезвычайно изменчивы и зависят как от вида насекомого, так и от штамма бактерий.

1. Факторы, связанные с видом насекомого

Токсическая активность кристалла в кишечнике хозяина зависит от некоторых свойств кишечного содержимого, таких, как pH выделяемого протеолитического фермента, и присутствие бациллярных спор, заглатываемых одновременно с кристаллами.
А. Действие pH. Кристалл активен в организме видов бабочек с сильнощелочным (выше 8,9) pH передней и средней кишки, как у В. mori, Malacosoma spp., Nymphalis antiopa, Lymantria (Porthetria) dispar и P. brassicae. Тем не менее отсутствие токсемии у других видов с щелочным pH кишечника, например у Agrotis ipsilon (pH 9,5) и Agrotis (Euxoa) segetum (pH 9,6), у которых кристалл растворяется в кишечной среде, а также у Lycophotia saucia (pH 9,9) и Mamestra brassicae (pH 10,2), в кишечнике которых кристалл не растворяется, показывает, что влияние pH на растворение кристалла и на проявление токсичности определяют или дополняют другие факторы.
Виды бабочек с щелочным pH кишечника можно разделить на две категории — восприимчивые и устойчивые к действию кристалла.
Среди восприимчивых видов Хеймпел и Ангус выделяют два типа, различающиеся по симптомам, обнаруживаемым после заглатывания кристалла. К первому типу относятся В. mori, Protoparce spp., Antheraea pernyi и другие виды, у которых вслед за внезапным прекращением питания развивается общий паралич тела, сопровождающийся повышением щелочности гемолимфы, понижением pH кишечника и разрушением кишечного эпителия. В настоящее время полагают, что изменяется также проницаемость средней кишки и нарушается регуляция ионов калия. Ко второму типу относятся такие виды, как Malacosoma spp., Hyphantria сипеа, Datana spp. и Р. brassicae. У них после прекращения питания никогда не обнаруживали общего паралича и резких изменений гемолимфы. Только у Р. brassicae наблюдалась летаргия, сопровождавшаяся снижением pH передней и средней кишки и несколько позднее наступал общий паралич и происходило разрушение кишечного эпителия. У видов второго типа, вероятно, изменяется и проницаемость кишечника, как было показано Бенцем на Р. brassicae: высокая буферная способность гемолимфы исключает выявляемые изменения ее pH.. Восприимчивость бабочек, чувствительных к действию кристалла, и интенсивность симптомов у различных видов, по-видимому, зависит от подобного физиологического расстройства.
Б. Действие протеолитических ферментов. В содержимом передней кишки гусениц таких видов, как Р. brassicae и В. mori, действует характерная ферментная система с избирательной протеолитической активностью в щелочной среде. Эти протеазы, не обладающие токсической активностью, гидролизуют кристаллы и освобождают ряд растворимых соединений белковой и пептидной природы. Недавно это было подтверждено Ватанабе и др. и Фаустом и др.
В то время как целые кристаллы действуют только перорально, продукты ферментативного гидролиза кристалла токсичны также и при парентеральной инъекции. При введении обоими методами эти продукты вызывают одни и те же симптомы не только у гусениц Р. brassicae и В. mori, но и у E. kuehniella — вида, в норме нечувствительного к действию только целых кристаллов. Таким образом, ферменты насекомого превращают протоксин кристалла в непосредственно действующий настоящий токсин. Разница в восприимчивости различных видов насекомых к действию кристалла связана со специфичностью кишечных протеаз, контролирующих гидролиз кристаллов in vivo.
В. Комбинированное действие спор и кристаллов. У видов чешуекрылых, нечувствительных к действию только кристаллов и не обладающих pH кишечника или комплексом ферментов, необходимыми для активации протоксина, например, у Е. kuehniella и Ostrinia nubilalis, симптомы токсемии проявляются только после одновременного заглатывания кристаллов и спор.
Это соответствует III типу Хеймпела и Ангуса, у которого заглатывание только спор или только кристаллов никогда не вызывает явно летальных физиологических реакций. Кишечный pH ниже 8,9 может предотвращать растворение кристалла, но не препятствует прорастанию спор. Тем не менее Хеймпел и Ангус опытами с сублетально зараженными особями Е. kuehniella подтвердили, что вегетативные формы быстро дегенерировали и исчезали из кишечника насекомых, перенесенных на свежий корм, не содержащий спор или кристаллов. В противоположность этому заглатывание комплекса спор и кристаллов так же быстро прекращало питание, как и активный токсин, выделенный из ферментативного гидролизата кристаллов. He происходило ни общего паралича, ни паралича кишечника, описанных для видов, относящихся к I и II типам.
После прекращения питания наступала агония, различная по длительности и сопровождавшаяся довольно медленным размножением бактерий в кишечнике жертвы и, по данным Маттеса, деградацией эпителиальных клеток, приводящей к конечной летальной септицемии.
У этого комплекса насекомых кишечная болезнь, вызываемая комбинированными действиями токсина, развивающихся бактерий, прорастающих спор или активностью развившихся из них вегетативных клеток, по-видимому, создает условия, благоприятствующие действию кристаллов, а развивающаяся токсемия, видимо, усиливает восприимчивость организма насекомого к бактериальной инфекции.
2. Факторы, связанные с бактериальными штаммами

Токсичность кристаллов из различных штаммов В. thuringiensis для одного и того же вида хозяина заметно различается. Лекадэ и Мартуре показали это для var. alesti (anduze) и var. berliner, Ангус — для var. entomocidus, sotto и berliner и позднее Мартуре и Биаше — для var. berliner, entomocidus и dendrolimus по отношению к В. mori и Р. brassicae (табл. 28). Таким образом, у этих видов спектр активности комплекса спора — кристалл зависит, по-видимому, от действия только кристаллов.
Роль кристаллов и параспоральных включений В. thuringiensis в определении круга хозяев

Аминокислотный состав кристаллов В. thuringiensis так мало отличается у различных штаммов, что вряд ли эти слабые колебания могут быть причиной значительной разницы в токсичности.
Серологические исследования кристалла, переваренного кишечным соком, подтверждают мысль, высказанную Лекадэ и Мартуре при сравнении токсичности продуктов гидролиза кристаллов var. alesti и berliner: «Различия в токсичности можно объяснить способом, каким осуществляется гидролиз in vivo; при одной и той же степени лизиса in vitro гидролизаты двух штаммов содержат равное количество белка и обладают токсической активностью одного и того же порядка». Различия, отмеченные между двумя штаммами, предполагают существование разницы в структуре кристаллов, у которых некоторые из связей могут быть более устойчивы против действия ферментов, выделяемых насекомыми. Электронно-микроскопические наблюдения в некоторой степени подтвердили эту гипотезу, выявив не только значительную разницу в размерах белковых молекул, составляющих кристаллы различных штаммов, но и некоторые корреляции между молекулярной структурой кристаллов и степенью их токсичности после реакции с протеазами.
He остается больше никаких сомнений, что изучение чувствительности кристаллов различных штаммов к действию протеаз насекомых поможет объяснить разницу в чувствительности различных видов чешуекрылых к этим кристаллам.