Las endotoxinas delta ( δ-endotoxinas ) son una familia de toxinas formadoras de poros producidas por la especie de bacteria Bacillus thuringiensis . Son útiles por su acción insecticida y son la toxina principal producida por el maíz Bt modificado genéticamente (GM) y otros cultivos GM. Durante la formación de esporas , las bacterias producen cristales de dichas proteínas (de ahí el nombre de toxinas Cry ) que también se conocen como cuerpos parasporales , junto a las endosporas ; como resultado, algunos miembros se conocen como parasporinas . El grupo de toxinas Cyt (citolíticas) es otro grupo de endotoxinas delta formadas en el citoplasma. Las toxinas VIP (proteínas insecticidas vegetativas) se forman en otras etapas del ciclo de vida. [2]
Cuando un insecto ingiere estas proteínas, se activan mediante una escisión proteolítica. El extremo N-terminal se escinde en todas las proteínas y una extensión C-terminal se escinde en algunos miembros. Una vez activada, la endotoxina se une al epitelio intestinal y provoca la lisis celular mediante la formación de canales selectivos de cationes , lo que conduce a la muerte. [3] [1]
Durante muchos años no hubo claridad en cuanto a la relación entre la aminopeptidasa N y las toxinas Bt. Aunque AP-N se une a las proteínas Cry in vitro [4] (revisado por Soberón et al. 2009 [5] y Pigott & Ellar 2007 [6] ), [7] no se conocían casos de resistencia -o incluso de reducción de la unión in vitro- debido a la alteración de la estructura de AP-N hasta 2002, y había algunas dudas de que el mecanismo de resistencia fuera tan sencillo. De hecho, Luo et al. 1997, Mohammed et al. 1996 y Zhu et al. 2000 encontraron positivamente que esto no ocurre en ejemplos de lepidópteros. [4] Posteriormente, sin embargo, Herrero et al. 2005 mostraron una correlación entre la no expresión y la resistencia a Bt, [7] y resistencia real fue encontrada en Helicoverpa armigera por Zhang et al. 2009, [7] [8] en Ostrinia nubilalis por Khajuria et al. 2011, y en Trichoplusia ni por Baxter et al. 2011 y Tiewsiri & Wang 2011 (también todos los lepidópteros). [7] Sigue habiendo confirmación de que los AP-N por sí mismos no afectan la resistencia en algunos casos, posiblemente debido a la unión secuencial de la toxina que se requiere para producir su efecto. En esta secuencia, cada paso de unión no es teóricamente indispensable, pero si ocurre contribuye al resultado final de la formación del poro. [8]
La región activada de la toxina delta se compone de tres dominios estructurales distintos : un dominio de haz helicoidal N-terminal ( InterPro : IPR005639 ) involucrado en la inserción de la membrana y la formación de poros; un dominio central de lámina beta involucrado en la unión al receptor; y un dominio sándwich beta C-terminal ( InterPro : IPR005638 ) que interactúa con el dominio N-terminal para formar un canal. [1] [3]
B. thuringiensis codifica muchas proteínas de la familia de las endotoxinas delta ( InterPro : IPR038979 ), y algunas cepas codifican varios tipos simultáneamente. [9] Un gen que se encuentra principalmente en plásmidos, [10] las delta-entotoxinas a veces aparecen en genomas de otras especies, aunque en una proporción menor que las encontradas en B. thuringiensis . [11] El nombre del gen parece Cry3Bb, que en este caso indica una toxina Cry de la superfamilia 3 familia B subfamilia b. [12]
Las proteínas Cry que son interesantes para la investigación del cáncer se enumeran bajo una nomenclatura de parasporina (PS) además de la nomenclatura Cry. No matan insectos, sino células leucémicas. [13] [14] [15] Las toxinas Cyt tienden a formar su propio grupo distinto de las toxinas Cry. [16] No todas las toxinas Cry (en forma cristalina) comparten directamente una raíz común. [17] Los ejemplos de toxinas que no son de tres dominios y que, sin embargo, tienen un nombre Cry incluyen Cry34/35Ab1 y toxinas binarias beta-sandwich relacionadas ( similares a Bin ), Cry6Aa y muchas parasporinas beta-sandwich. [18]
Las delta-endotoxinas específicas que se han insertado mediante ingeniería genética incluyen Cry3Bb1, que se encuentra en MON 863, y Cry1Ab, que se encuentra en MON 810 , ambas variedades de maíz. Cry3Bb1 es particularmente útil porque mata insectos coleópteros como el gusano de la raíz del maíz , una actividad que no se observa en otras proteínas Cry. [1] Otras toxinas comunes incluyen Cry2Ab y Cry1F en el algodón y el maíz . [19] Además, Cry1Ac es eficaz como adyuvante de vacunas en humanos. [20]
Algunas poblaciones de insectos han comenzado a desarrollar resistencia a la endotoxina delta, y en 2013 se encontraron cinco especies resistentes. Las plantas con dos tipos de endotoxinas delta tienden a hacer que la resistencia se produzca más lentamente, ya que los insectos tienen que evolucionar para superar ambas toxinas a la vez. Plantar plantas no Bt con plantas resistentes reducirá la presión de selección para desarrollar la toxina. Por último, no se deben plantar plantas con dos toxinas junto con plantas con una toxina, ya que las plantas con una toxina actúan como un trampolín para la adaptación en este caso. [19]
Tras la esporulación,
B. thuringiensis
forma δ-endotoxinas insecticidas proteínicas, ya sea en cristales (toxinas Cry) o en el citoplasma (toxinas Cyt), que están codificadas por los genes cry o cyt, respectivamente. Cuando los insectos ingieren cristales de toxina, las enzimas de su tracto digestivo hacen que la toxina se active. La toxina se une a las membranas intestinales del insecto, formando un poro que provoca hinchazón, lisis celular y, finalmente, la muerte del insecto.
B. thuringiensis
también produce proteínas insecticidas en otras etapas de su ciclo de vida, específicamente las proteínas insecticidas vegetativas (VIP).