Toxinele Cry (din toxine cristaline ; δ-endotoxine , BT-toxine ) sunt toxine proteice produse de bacteria Bacillus thuringiensis .
Bacillus thuringiensis este o bacterie aerobă Gram pozitivă răspândită, capabilă de sporulare. În timpul sporulării, acest microorganism formează incluziuni cristaline formate din toxine proteice specifice acestei specii (așa-numitele proteine Cry). Cristalele sunt de formă bipiramidală, cubică sau rotundă și sunt situate în sporangiu la capătul celulei opus sporului. În prezent, sunt cunoscute peste 60 de subspecii de Bacillus thuringiensis , fiecare dintre acestea producând toxine care au efect insecticid asupra diferitelor grupuri din clasa Insecta (Insecte). Toxine cunoscute pentru a ucide membrii individuali ai ordinelor Lepidoptera cu specificitate ridicată(Lepidoptera) (familiile Cry1 și Cry9), Coleoptera (Coleoptera) (familia Cry3) și Diptera (Diptera) (familiile Cry4 și Cry11) în stadiul larvar. Endotoxinele Cry2 au specificitate dublă pentru Lepidoptera și Diptera [1] [2] .
Majoritatea proteinelor insecticide au o greutate moleculară de 130-145 kDa (reprezentanți ai familiilor Cry1, Cry4, Cry9 etc.). Odată ajunse în intestinele insectelor, acestea sunt expuse la acțiunea proteinazelor prezente acolo , formând fragmente de 60-70 kDa care sunt rezistente la proteoliza ulterioară - așa-numitele „adevărate toxine”. Aceste proteine prezintă o structură de domeniu bine definită. Regiunea C-terminală este mai degrabă conservată între diferite clase de proteine entomocide. În timpul proteolizei, este ușor degradat prin separarea fragmentelor mici cu o greutate moleculară de 15-35 kDa, care, la rândul lor, sunt supuse rapid unei hidrolize ulterioare. Regiunea N-terminală (care corespunde „toxinei adevărate”) este relativ rezistentă la proteoliză și mult mai variabilă între proteine decât regiunea C-terminală. Astfel, proteinele originale de 130-145 kDa sunt protoxine care necesită activarea de către proteinazele sucului intestinal al insectelor. Grupul de toxine, din care aparțin membrii familiilor Cry2, Cry3, Cry10 și Cry11, include proteine cu o greutate moleculară de 60-70 kDa. În structura lor primară, ele seamănă cu regiunile N-terminale („adevărate toxine”) ale proteinelor de 130-145 kDa. În ciuda faptului că aceste proteine au doar aproximativ 30% identitate de secvență de aminoacizi, structurile lor terțiare sunt similare. Toxinele Cry sunt proteine globulare formate din trei domenii distincte. Domeniul I are o structură complet α-helidic. Domeniul II constă din trei straturi β antiparalele și două elice α scurte. Domeniul III este un β-sandwich format din două straturi β antiparalele. [3] [4] [5] [6]
Când intră în intestinele unei insecte, cristalul proteic se dizolvă în mediul alcalin al sucului intestinal ( pH 9,5-10,5); protoxinele dizolvate sunt activate de enzimele proteolitice asemănătoare tripsinei și chimotripsinei din intestinele insectelor la „adevărate toxine”. Astfel, proteinele cristaline sunt protoxine; pentru trecerea lor la o formă toxică este necesară acțiunea sucului digestiv al animalului gazdă. Următoarea etapă a efectului toxic este legarea „toxinei adevărate” la proteina sa de afinitate (receptor) expusă pe suprafața membranelor apicale ale celulelor epiteliale intestinale. În această etapă, legarea toxinei de receptor este reversibilă. Legarea de receptor determină modificări conformaționale semnificative în molecula de toxină, după care elicele alfa ale domeniului său N-terminal formează un por sau un canal ionic în membrana celulară, ceea ce duce la moartea celulei prin pierderea homeostaziei. După distrugerea epiteliului intestinal, celulele bacteriene intră în hemolimfa bogată în nutrienți a insectei , unde se înmulțesc [7] [8] .
Toxinele Cry sunt utilizate pe scară largă în agricultură ca insecticide. Din anii 1940-1950 se folosește pulverizarea sporilor bacteriei Bacillus thuringiensis , care produce și aceste toxine [9] . Acum este uneori considerată o alternativă la insecticidele sintetice.
Din 1995 au fost create și cultivate soiuri modificate genetic de plante cultivate , sintetizând Cry-toxine în propriile țesuturi - în principal porumb , bumbac și cartofi [10] .
Un număr mare de tulpini ale acestui microorganism sunt depozitate în Colecția Rusă de Microorganisme Industriale (VKPM) a Institutului de Cercetare de Stat pentru Genetică și Creșterea Microorganismelor Industriale (GosNII Genetika).