Токсины bacillus thuringiensis

20.06.2014

Эта классическая бактерия изучалась наиболее интенсивно в течение последних двадцати лет вследствие перспективности ее использования в биологической борьбе. По вопросу о ней регулярно появлялись обширные обзоры литературы. Поскольку токсинам этой бактерии посвящены две отдельные главы книги, мы рассмотрим здесь только их важнейшие аспекты, чтобы определить их место в вышеприведенной схеме.
Таксономически В. thuringiensis можно определить как В. cereus, вырабатывающий «эндотоксин», кристаллическое параспоральное тельце. Поскольку таксономия представляет собой компромисс между принятыми условностями и теоретическими утверждениями, возникшими на основе современных знаний, главным критерием для определения вида внутри «группы В. cereus» стало образование токсина. В некоторых схемах вид В. thuringiensis характеризуется, как имеющий параспоральные тельца, в отличие от других видов «группы В. cereus». Параспоральное тельце называется эндотоксином. Деление В. thuringiensis на подвиды основано наряду с немногими биохимическими характеристиками на Н-серотипах, типах эстеразы и образовании иных, чем кристалл, «токсинов». К настоящему времени описано 11 различных разновидностей, и можно с уверенностью рассчитывать, что будут созданы и новые. Для сорта систематиков, титулуемых «измельчителями», подобная таксономическая концепция — идеальньый орган для создания новых разновидностей с новыми сочетаниями признаков, включая и новые «токсины». Это во многих отношениях напоминает таксономическую ситуацию в отношении сальмонелл, когда каждый порядочный город имеет свой собственный вид сальмонеллы! Вряд ли стоит рассматривать серотипы и таксотипы как новые разновидности. Их лучше обозначать буквами или цифрами, что будет гораздо понятнее.
Для штаммов В. thuringiensis описано пять различных токсинов: лецитиназа С, «термостабильный экзотоксин», эндотоксин, неидентифицированный фермент, который может быть и нетоксичен, и «лабильный экзотоксин».

1. Лецитиназа С

Поскольку этот фермент присущ не только В. thuringiensis, он будет рассмотрен далее.

2. «Термостабильный экзотоксин»

Почти наверное это семейство химически очень близких соединений, и некоторые детали в отношении его идентичности еще предстоит определить. Эти соединения включают нуклеотид де Баржака и Дедондера, нуклеотид Бенца, соединение Кантуэлла и др. и фосфорилированную алларовую кислоту, связанную с аденозилглюкозой, которую выделили чехи Шебеста и др., а химическую природу определили Фаркаш и др. Этот токсин определенно не является белком, поскольку он термостабилен и имеет низкий молекулярный вес. Его вырабатывают только некоторые штаммы В. thuringiensis. Поскольку данный вид был отнесен к группе В. cereus только по признаку образования кристалла, этот экзотоксин может быть обнаружен у штаммов В. cereus и, весьма вероятно, у других видов. Согласно научному определению, это не токсин, а лишь токсический метаболит. Роль его в патогенезе болезней, вызываемых В. thuringiensis, также неизвестна. Предположение о том, что он препятствует нормальной функции гормонов насекомых, не было подтверждено. Поскольку это, возможно, соединение, сходное с нуклеотидами, он, вероятно, нарушает АТФ-метаболизм у восприимчивых хозяев. Кроме того, следует выяснить, играет ли он роль в патогенезе инфекций В. thuringiensis in vivo. Если будет доказано, что в приемлемых дозах он безвреден для позвоночных животных, его можно будет применять в качестве инсектицида.

3. Кристалл

Параспоральное тельце В. thuringiensis называется «эндотоксином» потому, что образуется внутри бактериальной клетки во время споруляции. Однако наличие кристалла вовсе не является свойством исключительно данного вида. Другие бактерии также способны образовывать параспоральные тельца, например В. subtilis, В. laterosporus, В. роpilliae, Clostridium cochlearium и др. Параспоральное тельце В. thuringiensis токсично для восприимчивых хозяев, но механизм его действия еще не полностью объяснен. Оно антигенно, причем в нем можно различить больше одного антигена. В свете критериев, используемых для классификации токсинов, кристалл можно рассматривать как токсин, но по причинам, указанным выше, лучше не применять здесь термин «эндотоксин». Кристалл, конечно, образуется внутри клетки, но токсин заключен не во всей клетке, и маловероятна его токсичность внутри клетки потому что, чтобы стать токсичным, он должен не только освободиться из клетки, но и подвергнуться активации (аналогия с протоксином? — рис. 7). Таким образом, он больше напоминает экзотоксины. Образуясь внутри клетки каким-то путем, возможно, не связанным с механизмом споруляции, кристалл представляется отбросом клеточного метаболизма. По этим причинам лучше не классифицировать его, пока не будет гораздо больше известно об его образовании и механизме действия. Даже попытка применить такую номенклатуру может ввести в заблуждение тех, кто незнаком с этим токсином; для тех же, кто его хорошо изучил, классификация не требуется. Типичным примером преждевременной номенклатуры может служить гамма-токсин В. thuringiensis, представляющий собой «неидентифицированный фермент (или ферменты), вызывающий осветление желточного агара. Поскольку токсичность не доказана, вопрос о том, можно ли его считать токсином, является спорным».

4. «Лавильный экзотоксин»

Смирнов и Берленге обнаружили токсичное соединение в двух невоспроизводимых партиях порошка турицида, фирменного препарата В. thuringiensis. Оно было экстрагировано водой и оказалось токсичным для личинок пилильщика, питавшихся опрыснутыми им листьями. Наиболее восприимчивы были личинки трех возрастов. Соединение было чувствительным к действию воздуха, солнечного света, кислорода, 40°C в течение 144—264 ч и температуры выше 60°С в течение 10—15 мин. Первичный химический анализ выявил свободные аминокислоты и один или несколько пептидов с низким молекулярным весом (200—2000). В кислом гидролизате было обнаружено 17 аминокислот. He выяснено, вся ли смесь целиком токсична или лишь какой-нибудь один пептид. He объяснен также механизм действия этого соединения, а также действительно ли его вырабатывает В. thuringiensis или оно образуется как артефакт ферментации. Можно сделать вывод, что этот «лабильный экзотоксин» нельзя считать экзотоксином. Он может быть пригодным для биологической борьбы, но, конечно, требуется гораздо больше данных.