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Endotoxinas delta

Las endotoxinas delta ( δ-endotoxinas ) son una familia de toxinas formadoras de poros producidas por especies de bacterias Bacillus thuringiensis . Son útiles por su acción insecticida y son la principal toxina producida por el maíz/maíz Bt genéticamente modificado (GM) y otros cultivos transgénicos. 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 paraesporales , junto a las endosporas ; como resultado, algunos miembros se conocen como parasporina . El grupo de toxinas Cyt (citolíticas) es otro grupo de delta-endotoxinas que se forman en el citoplasma. Las toxinas VIP (proteínas insecticidas vegetativas) se forman en otras etapas del ciclo de vida. [2]

Mecanismo de acción

Cuando un insecto ingiere estas proteínas, se activan mediante 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 hay casos de resistencia – o incluso reducción de la unión in vitro – debido Las causas de la alteración de la estructura de AP-N se conocieron 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 descubrió positivamente que esto no ocurre en los ejemplares de Lepidoptera. [4] Posteriormente, sin embargo, Herrero et al. 2005 mostró una correlación entre la falta de expresión y la resistencia a Bt, [7] y Zhang et al. encontraron resistencia real en Helicoverpa armigera . 2009, [7] [8] en Ostrinia nubilalis por Khajuria et al. 2011, y en Trichoplusia ni de Baxter et al. 2011 y Tiewsiri & Wang 2011 (también todos los Lepidoptera). [7] Sigue habiendo confirmación de que las AP-N por sí solas no afectan la resistencia en algunos casos, posiblemente debido a que se requiere la unión secuencial de la toxina para producir su efecto. En esta secuencia, cada paso de unión no es teóricamente indispensable, pero si ocurre contribuye al resultado final de formación de poros. [8]

Estructura

La región activada de la toxina delta se compone de tres dominios estructurales distintos : un dominio de haz helicoidal N-terminal ( InterPro :  IPR005639 ) implicado en la inserción de la membrana y la formación de poros; un dominio central de hoja beta implicado 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]

Tipos

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 que se encuentran en B. thuringiensis . [11] Los nombres de los genes se parecen a 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 en la nomenclatura de parasporinas (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 de cristal) comparten directamente una raíz común. [17] Ejemplos de toxinas que no pertenecen a tres dominios y que, sin embargo, tienen el nombre Cry incluyen Cry34/35Ab1 y las toxinas binarias beta-sándwich ( tipo Bin ) relacionadas, Cry6Aa y muchas parasporinas beta-sándwich. [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 , ambos cultivares 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, las plantas de dos toxinas no deben plantarse con plantas de una toxina, ya que en este caso las plantas de una sola toxina actúan como un trampolín para la adaptación. [19]

Referencias

  1. ^ abcd Galitsky N, Cody V, Wojtczak A, Ghosh D, Luft JR, Pangborn W, English L (agosto de 2001). "Estructura de la delta-endotoxina bacteriana insecticida Cry3Bb1 de Bacillus thuringiensis ". Acta Cristalográfica. Sección D, Cristalografía biológica . 57 (Parte 8): 1101–1109. doi :10.1107/S0907444901008186. PMID  11468393.
  2. ^ Roger casco; et al. (2021). "Evaluación y gestión de riesgos — Medio ambiente". Plantas genéticamente modificadas (segunda ed.). Tras la esporulación, B. thuringiensis forma δ-endotoxinas insecticidas proteicas, ya sea en cristales (toxinas Cry) o en el citoplasma (toxinas Cyt), que están codificadas por 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, mata al insecto. B. thuringiensis también produce proteínas insecticidas en otras etapas de su ciclo de vida, específicamente las proteínas insecticidas vegetativas (VIP).
  3. ^ ab Grochulski P, Masson L, Borisova S, Pusztai-Carey M, Schwartz JL, Brousseau R, Cygler M (diciembre de 1995). " Toxina insecticida Bacillus thuringiensis CryIA (a): estructura cristalina y formación de canales". Revista de biología molecular . 254 (3): 447–464. doi :10.1006/jmbi.1995.0630. PMID  7490762.
  4. ^ ab Ferré J, Van Rie J (2002). "Bioquímica y genética de la resistencia de los insectos a Bacillus thuringiensis ". Revista Anual de Entomología . 47 (1). Revisiones anuales : 501–533. doi : 10.1146/annurev.ento.47.091201.145234. PMID  11729083.
  5. ^ Soberón M, Gill SS, Bravo A (abril de 2009). "Señalización versus perforación: ¿Cómo matan las toxinas del Bacillus thuringiensis las células del intestino medio de los insectos?". Ciencias de la vida celulares y moleculares . 66 (8). Saltador : 1337-1349. doi :10.1007/s00018-008-8330-9. PMID  19132293. S2CID  5928827.
  6. ^ Pigott CR, Ellar DJ (junio de 2007). "Papel de los receptores en la actividad de la toxina cristalina de Bacillus thuringiensis". Reseñas de Microbiología y Biología Molecular . 71 (2). Sociedad Estadounidense de Microbiología : 255–281. doi :10.1128/mmbr.00034-06. PMC 1899880 . PMID  17554045. S2CID  13982571. 
  7. ^ abcd Pardo-López L, Soberón M, Bravo A (enero de 2013). "Tóxinas Cry insecticidas de tres dominios de Bacillus thuringiensis: modo de acción, resistencia de los insectos y consecuencias para la protección de cultivos". Reseñas de microbiología FEMS . 37 (1). Federación de Sociedades Europeas de Microbiología ( OUP ): 3–22. doi : 10.1111/j.1574-6976.2012.00341.x . PMID  22540421.
  8. ^ ab Vachon V, Laprade R, Schwartz JL (septiembre de 2012). "Modelos actuales del modo de acción de las proteínas cristalinas insecticidas de Bacillus thuringiensis : una revisión crítica". Revista de patología de invertebrados . 111 (1). Prensa académica ( Elsevier ): 1–12. doi :10.1016/j.jip.2012.05.001. PMID  22617276.
  9. ^ "Proteína cristalina pesticida (IPR038979)". InterPro . Consultado el 12 de abril de 2019 .
  10. ^ Decano DH (1984). "Genética bioquímica del agente bacteriano de control de insectos Bacillus thuringiensis: principios básicos y perspectivas de la ingeniería genética". Reseñas de biotecnología e ingeniería genética . 2 : 341–363. doi : 10.1080/02648725.1984.10647804 . PMID  6443645.
  11. ^ "Especie: proteína cristalina pesticida (IPR038979)". InterPro .
  12. ^ "Nomenclatura de toxinas de Bacillus thuringiensis". Base de datos de especificidad de la toxina Bt . Consultado el 12 de abril de 2019 .
  13. ^ Mizuki E, Park YS, Saitoh H, Yamashita S, Akao T, Higuchi K, Ohba M (julio de 2000). "Parasporina, una proteína parasporal de Bacillus thuringiensis que reconoce células leucémicas humanas". Laboratorio Clínico y de Diagnóstico de Inmunología . 7 (4): 625–634. doi :10.1128/CDLI.7.4.625-634.2000. PMC 95925 . PMID  10882663. 
  14. ^ Ohba M, Mizuki E, Uemori A (enero de 2009). "Parasporina, un nuevo grupo de proteínas anticancerígenas de Bacillus thuringiensis". Investigación contra el cáncer . 29 (1): 427–433. PMID  19331182.
  15. ^ "Lista de parasporinas". Comité de Clasificación y Nomenclatura de Parasporinas .Consultado el 4 de enero de 2013.
  16. ^ Crickmore N. "Otras secuencias de llanto" (PDF) . Consultado el 12 de abril de 2019 .
  17. ^ Crickmore N, Zeigler DR, Feitelson J, Schnepf E, Van Rie J, Lereclus D, et al. (Septiembre de 1998). "Revisión de la nomenclatura de las proteínas cristalinas pesticidas de Bacillus thuringiensis". Reseñas de Microbiología y Biología Molecular . 62 (3): 807–813. doi :10.1128/MMBR.62.3.807-813.1998. PMC 98935 . PMID  9729610. 
  18. ^ Kelker MS, Berry C, Evans SL, Pai R, McCaskill DG, Wang NX y col. (12 de noviembre de 2014). "Caracterización estructural y biofísica de las proteínas insecticidas Cry34Ab1 y Cry35Ab1 de Bacillus thuringiensis". MÁS UNO . 9 (11): e112555. Código Bib : 2014PLoSO...9k2555K. doi : 10.1371/journal.pone.0112555 . PMC 4229197 . PMID  25390338. 
  19. ^ ab Tabashnik BE, Brévault T, Carrière Y (junio de 2013). "Resistencia de los insectos a los cultivos Bt: lecciones de los primeros mil millones de acres". Biotecnología de la Naturaleza . 31 (6): 510–521. doi :10.1038/nbt.2597. PMID  23752438. S2CID  205278530.
  20. ^ Rodríguez-Monroy MA, Moreno-Fierros L (marzo de 2010). "Sorprendente activación de NALT y linfocitos de las vías nasales inducida por inmunización intranasal con protoxina Cry1Ac". Revista escandinava de inmunología . 71 (3): 159-168. doi : 10.1111/j.1365-3083.2009.02358.x . PMID  20415781.

Otras lecturas

enlaces externos

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