29.03.2024 29.03.2024 29.03.2024
|
Механизм действия и токсичность кристалла белкового токсина В. thuringiensis 20.06.2014
Действие кристалла на гусениц чешуекрылых хорошо изучено, и Хеймпел и Ангус составили обзор по этому вопросу. На серии рентгеновских снимков Хеймпел и Ангус показали, что у гусениц, заглатывавших BaSO4 и кристаллы В. thuringiensis, возникал паралич кишечника. Паралич ротовой области и кишечника наблюдается у многих видов. Эти же авторы продемонстрировали общий паралич тела у гусениц Bombyx mori через 1—7 ч после заглатывания кристаллов, но такое действие кристаллы оказывают лишь на немногие виды. В течение 1—7 ч после дачи корма с кристаллами pH крови гусениц В. mori повысился по сравнению с нормальным 6,8, а pH кишечника снизился одновременно с общим параличом тела. Инъекция нетоксичного щелочного буфера в полость тела насекомых, не получавших кристаллы, также вызывала паралич; это показывает, что паралич гусениц отравленных кристаллами, был вызван повышением pH крови. Рамакришнан показал, что уровень K+ в гемолимфе повысился в 5 раз после того, как гусениц В. mori кормили листьями, обработанными кристаллами, и предположил, что это повышение K+ в гемолимфе было причиной паралича. Кукси и др. показали, что только переваренный кристаллический белок блокировал нервную проводимость в препарате американского таракана Periplaneta americana (табл. 17). Тест-препаратами служили церкальный нерв и V и VI брюшные ганглии, выделенные из взрослых тараканов. Нервные волокна церкальных нервов соприкасались в синапсе с гигантскими нервными волокнами VI ганглия, так что для изучения синаисов можно было использовать стимуляцию церкального нерва и обнаружение эфферентной реакции соответствующего нервного тяжа, выше VI ганглия. Нарушение регуляции K+ в синапсе будет несомненно влиять на проводимость импульсов. Эти различные линии доказательств предполагают, что характер действия кристалла заключается в ослаблении проницаемости мембраны в результате нарушения регуляции ионов калия. Ho чтобы доказать эту теорию, нужно провести дополнительные исследования. Применив иной подход, Фауст обнаружил, что растворенный кристаллический белок образовывал in vitro комплекс с белком с высокой изоэлектрической точкой. К этой категории относится несколько белков, важных для клеточного метаболизма, например цитохром С и триозофосфат и дегидрогеназа. При pH около 7 комплекс белок — белок осаждался и биологическая активность полученного из клеток белка маскировалась. Таким образом, кристаллический белок может подавлять важные функции клеток. Однако in vivo действующим началом кристалла является переваренный белок. Пока кристалл не будет полностью переварен в кишечнике, часть его существует свободно и могла бы подавлять ферменты в оболочках эпителиальных клеток. Проведение контрольного опыта повысило бы ценность этой работы. Реакция другого белка с низкой изоэлектрической точкой, например яичного альбумина, с ферментами, которые испытывал Фауст, показала бы, специфично ли образование комплекса. Кристаллический белок осаждает также белок гемолимфы, хотя это вряд ли связано с механизмом действия токсических молекул, освобождающихся в результате переваривания кристаллического белка. При таком множестве физиологических изменений в насекомых действительно удачно, что кристалл не токсичен для млекопитающих. Одна из причин этого отсутствия токсичности заключается в том, что у млекопитающих первичное переваривание белков происходит при низком pH. Под действием пепсина, желудочного фермента, для которого оптимален pH 2, кристалл деградирует до нетоксичного состояния. Кристалл В. thuringiensis чрезвычайно токсичен для гусениц бабочек (табл. 18). Кукси проводил испытания с одной и той же партией насекомых, поэтому цифры для растворенного белка и целых кристаллов вполне сравнимы. Из них видно, что методика растворения, как уже указывалось в разделе IV, А, должна в какой-то степени повреждать структуру кристаллического белка или понижать конечный выход активных токсических молекул, образующихся в результате протеолиза. На основании данных таблицы 17 нельзя решить, является ли белок, переваренный in vitro, более токсичным, чем целый кристалл. Токсичность растворенных кристаллических белков (табл. 19) и чистых кристаллов из различных штаммов В. thuringiensis сильно колеблется в разных видах насекомых, из чего видно, что насекомые могут быть восприимчивы к разным токсическим компонентам кристалла. Возможно, разница в pH кишечника и содержании ферментов у видов насекомых влияют на выход одних и тех же токсических молекул. Даже неодинаковая скорость протеолиза в кишечниках двух насекомых может повлиять на скорость образования токсина из белка и, таким образом, на абсолютную концентрацию токсина в конкретное время. Кишечные белки Pieris лизируют кристаллы В. thuringiensis var. thuringiensis с большей легкостью, чем кристаллы В. thuringiensis var. entomocidus. Возможно, для того чтобы токсическая молекула приобрела биологическую активность, на ней должны иметься две или больше структуры или же для полной активности требуются два или больше отдельных пептидов. Разницу в токсичности кристаллов из различных штаммов бактерий для одного вида насекомого и различную токсичность кристалла одного и того же штамма бактерий для разных видов насекомых следует объяснять разницей в структуре кристаллов и различиями между видами насекомых.
|