Itkutoksiinit ( kidemyrkkyistä ; δ-endotoksiinit , BT-toksiinit ) ovat Bacillus thuringiensis -bakteerin tuottamia proteiinimyrkkyjä .
Bacillus thuringiensis on laajalle levinnyt aerobinen grampositiivinen bakteeri , joka pystyy itiöimään. Itiöinnin aikana tämä mikro-organismi muodostaa tälle lajille spesifisten proteiinitoksiinien (ns. Cry-proteiinit) muodostamia kiteisiä sulkeumia. Kiteet ovat muodoltaan kaksipyramidisia, kuutiomaisia tai pyöreitä ja sijaitsevat itiöissä itiöä vastapäätä olevassa solun päässä. Tällä hetkellä tunnetaan yli 60 Bacillus thuringiensis -alalajia , joista jokainen tuottaa myrkkyjä, joilla on hyönteismyrkkyvaikutus Insecta -luokan (Hyönteiset) eri ryhmiin. Myrkkyjä tunnetaan erittäin spesifisinä, jotka tappavat yksittäisiä edustajia lahkoista Lepidoptera (Lepidoptera) (perheet Cry1 ja Cry9), Coleoptera (Coleoptera) (perhe Cry3) ja Diptera (Diptera) (perheet Cry4 ja Cry11) toukkavaiheessa. Cry2-endotoksiineilla on kaksoisspesifisyys Lepidopteralle ja Dipteralle [1] [2] .
Useimpien hyönteismyrkkyproteiinien molekyylipaino on 130-145 kDa (perheiden Cry1, Cry4, Cry9 edustajat jne.). Päästyään hyönteisten suolistoihin ne altistuvat siellä olevien proteinaasien vaikutukselle , jolloin muodostuu 60-70 kDa:n fragmentteja, jotka ovat resistenttejä jatkoproteolyysille - niin sanottuja "todellisia myrkkyjä". Näillä proteiineilla on hyvin määritelty domeenirakenne. C-terminaalinen alue on melko konservoitunut entomosidiproteiinien eri luokkien joukossa. Proteolyysin aikana se hajoaa helposti irrottamalla pieniä fragmentteja, joiden molekyylipaino on 15-35 kDa, jotka puolestaan joutuvat nopeasti lisähydrolyysille. N-terminaalinen alue (vastaa "todellista toksiinia") on suhteellisen resistentti proteolyysille ja paljon vaihtelevampi proteiinien välillä kuin C-terminaalinen alue. Alkuperäiset 130–145 kDa:n proteiinit ovat siis protoksiineja, jotka vaativat hyönteisten suoliston mehun proteinaasien aktivoinnin. Toksiiniryhmä, johon kuuluvat Cry2-, Cry3-, Cry10- ja Cry11-perheiden jäsenet, sisältää proteiineja, joiden molekyylipaino on 60-70 kDa. Primäärirakenteessaan ne muistuttavat 130-145 kDa:n proteiinien N-terminaalisia alueita ("todellisia toksiineja"). Huolimatta siitä, että näillä proteiineilla on vain noin 30 % aminohapposekvenssi-identtisyys, niiden tertiaariset rakenteet ovat samanlaisia. Itkutoksiinit ovat pallomaisia proteiineja , jotka muodostuvat kolmesta erillisestä domeenista. Alueella I on täysin α-kierteinen rakenne. Domeeni II koostuu kolmesta antirinnakkaisesta β-kerroksesta ja kahdesta lyhyestä α-kierteestä. Domeeni III on kahden vastakkaisen β-kerroksen β-sandwich. [3] [4] [5] [6]
Kun proteiinikide joutuu hyönteisen suolistoihin, se liukenee suolistomehun alkaliseen ympäristöön ( pH 9,5-10,5); liuenneet protoksiinit aktivoituvat proteolyyttisten trypsiini- ja kymotrypsiinin kaltaisten entsyymien vaikutuksesta hyönteisten suolistossa "todellisiksi myrkkyiksi". Siten kideproteiinit ovat protoksiineja; niiden siirtymiseksi myrkylliseen muotoon isäntäeläimen ruoansulatusnesteen toiminta on välttämätöntä. Toksisen vaikutuksen seuraava vaihe on "todellisen toksiinin" sitoutuminen sen affiniteettiproteiiniin (reseptoriin), joka on paljastunut suolen epiteelisolujen apikaalisten kalvojen pinnalla. Tässä vaiheessa toksiinin sitoutuminen reseptoriin on palautuvaa. Reseptoriin sitoutuminen aiheuttaa merkittäviä konformaatiomuutoksia toksiinimolekyylissä, minkä jälkeen sen N-terminaalisen domeenin alfaheliksit muodostavat huokos- tai ionikanavan solukalvoon, mikä johtaa solukuolemaan homeostaasin menettämisestä. Suolen epiteelin tuhoutumisen jälkeen bakteerisolut pääsevät hyönteisen ravinnerikkaaseen hemolymfiin , jossa ne lisääntyvät [7] [8] .
Itkumyrkkyjä käytetään laajasti maataloudessa hyönteismyrkkyinä. 1940-1950-luvuilta lähtien on käytetty Bacillus thuringiensis -bakteerin itiöitä , jotka myös tuottavat näitä myrkkyjä [9] . Nykyään sitä pidetään joskus vaihtoehtona synteettisille hyönteismyrkkyille.
Vuodesta 1995 lähtien on luotu ja kasvatettu muuntogeenisiä viljelykasvilajikkeita, jotka syntetisoivat Cry-toksiineja omissa kudoksissaan - pääasiassa maississa , puuvillassa ja perunoissa [10] .
Suuri määrä tämän mikro-organismin kantoja on talletettu Teollisten mikro-organismien valtion genetiikan ja jalostuksen tutkimuslaitoksen (GosNII Genetika) All-Russian Collection of Industrial Micro-organisms -kokoelmaan (VKPM).