عصية ثورينجينزيس (Bt) هي بكتيريا مسببة للأمراض الحشرية معروفة بفعاليتها في إنتاج بروتينات حشرية قاتلة لعدة رتب من الحشرات مثل حرشفيات الأجنحة والخنافس والبعوض. لقد أصبح هذا الكائن الحي أداة حيوية في المكافحة البيولوجية، حيث يوفر بديلاً أكثر ملاءمة للبيئة وأقل ضرراً من المبيدات الحشرية الكيميائية التقليدية.
لقد أدى الضرر البيئي المتزايد المرتبط بالإفراط في استخدام المبيدات الحشرية الاصطناعية إلى تجدد الاهتمام بتطوير وتطبيق المبيدات الحشرية البيولوجية، حيث عصية ثورينجينزيس تبرز كواحدة من الأكثر تميزًا. إن خصوصيتها العالية في العمل وتأثيرها البيئي المنخفض تجعلها مبيدًا حيويًا مفضلًا، ويعتبر الأكثر نجاحًا في تنفيذ برامج مكافحة الآفات في الميدان. بالإضافة إلى ذلك، هناك طرق مثل مبيدات حشرية بيئية التي تكمل استخدامه.
بالإضافة إلى كونها مبيدًا حشريًا انتقائيًا، تتمتع Bt بالقدرة على توليد مجموعة واسعة من البروتينات الحشرية التي تهاجم مجموعة ضيقة فقط من الكائنات الحية، مما يقلل من إمكانية الإضرار بالأنواع غير المستهدفة، بما في ذلك الحشرات المفيدة. تعتمد طريقة عمل هذه المبيدات الحشرية على مزيج من الجراثيم والبلورات من عزلات مختلفة من البكتيريا، والتي يتم تسويقها في تركيبات متعددة تهدف إلى السيطرة على يرقات الحشرات، والخنافس، والبعوض.
البروتينات الحشرية من بكتيريا Bacillus Thuringiensis
معرفة طريقة عمل عصية ثورينجينزيس ومن المهم للغاية فهم كيفية تطور المقاومة لدى الحشرات وتحسين منتجات المبيدات الحشرية الموجودة. وقد استعرضت الأبحاث التي أجريت في مؤسسات مثل جامعة فالنسيا آليات عمل البروتينات الحشرية الأكثر أهمية الموجودة في هذه المنتجات، فضلاً عن استخدامها مبيدات حشرية بيئية في البساتين.
عصية ثورينجينزيس أثناء مرحلة التبوغ، ينتج عدة أشكال بلورية تحتوي على بروتينات تعرف باسم "Cry" و"Cyt"، بينما في مرحلته الخضرية، يتم توليد بروتينات تسمى Vip. تلعب هذه البروتينات دورًا أساسيًا في مكافحة الآفات وتتميز بخصائصها المحددة بشكل ملحوظ، حيث تؤثر في المقام الأول على يرقات الحشرات المحددة.
بالرغم من السموم الخلوية لقد كانت هذه المواد موضوعًا لدراسة قليلة ويتم استخدامها للسيطرة على الديدان ذات الأجنحة المزدوجة. في المقابل، تعد البروتينات الحشرية Cry و Vip الأكثر دراسة بسبب خصوصيتها العالية وفعاليتها في مكافحة الآفات.
آلية عمل بروتينات Bt
ابتلاع:
الخطوة الأولى في آلية عمل البكتيريا العصوية التورنجية هي ابتلاع الجسيمات حسب الأنواع الحساسة. على عكس المبيدات الحشرية الأخرى التي يمكن أن تعمل عن طريق التلامس، فإن البكتيريا العصوية Bt وبروتيناتها تتطلب الابتلاع لتكون فعالة.
الذوبان:
بمجرد تناول بروتينات Cry، فإن الخطوة التالية هي الذوبان. تتضمن هذه العملية تحلل البنية البلورية وإطلاق البروتوكسينات. إن الذوبان هو عامل رئيسي في خصوصية بروتينات Cry، حيث أن البيئة المعوية المناسبة، مثل درجة الحموضة المحددة، مطلوبة لحدوث هذه العملية. تتجلى مزايا هذا النوع من المبيدات الحشرية الحيوية في الاستخدام مبيدات حشرية.
من ناحية أخرى، لا تتطلب بروتينات Vip هذه الخطوة، حيث يتم إفرازها في صورة قابلة للذوبان مباشرة من البكتيريا.
التفعيل:
تتم معالجة بروتوكسينات Cry الذائبة وبروتوكسينات Vip بواسطة إنزيمات البروتياز الداخلية في السوائل المعوية للحشرات، مما يؤدي إلى إنتاج سم فعال. يتم تنفيذ هذه العملية في المقام الأول عن طريق التربسين والكيموتربسين، وهي الإنزيمات الأكثر وفرة في أمعاء الحشرات.
وقد أظهرت الأبحاث أن التباين في القابلية للإصابة وقد يعتمد تطور الأنواع على القدرة على تنشيط هذه السموم، وهو عامل حاسم في تطور المقاومة لدى الحشرات.
عبور الغشاء المعوي:
بمجرد تنشيط السموم، يجب أن تمر عبر غشاء الأمعاء الوسطى. يعتبر هذا الغشاء غنيًا بالكيتين ويعمل كحاجز مادي يفصل المحتويات الغذائية عن الخلايا الظهارية. على الرغم من أنها توفر الحماية المادية، فإن إنزيمات الكيتيناز، سواء الداخلية أو الخارجية من Bt، يمكن أن تتسبب في تحلل الكيتين، وبالتالي المساس بفعالية هذه الآلية الوقائية.
التفاعل مع الأمعاء الوسطى
بعد عبور الغشاء المحيط بالخلايا، تتفاعل بروتينات Cry وVip مع غشاء الخلية. الخلايا المعوية، والتي تعمل كخلايا مستهدفة للسموم. لقد كان تحديد الجزيئات التي ترتبط على وجه التحديد بهذه السموم تحديًا رئيسيًا في أبحاث Bacillus thuringiensis على مدى العقود القليلة الماضية. هناك أيضًا بدائل أخرى، مثل مبيدات حشرية منزلية الصنع للنباتات، والتي يمكن استخدامها معًا.
تشير الأدلة التجريبية إلى وجود ثلاثة أنواع على الأقل من بروتينات الغشاء يمكن أن تعمل كمستقبلات لبروتينات Cry في الحشرات: أمينوببتيداز N (APN)، والكادهيرينات وناقلات ABC. ومع ذلك، لا يُعرف إلا القليل عن المستقبلات المحددة المحتملة لسموم Vip.
موت الحشرات وانتشار بكتيريا باسيلوس تورينجيانسيس
النموذج الأكثر قبولًا على نطاق واسع لتفسير النشاط السام لبروتينات Bt يعتمد على قدرتها على تكوين المسام في الأغشية من الخلايا المستهدفة في الأمعاء. يؤدي ارتباط السموم بمستقبلاتها المحددة إلى إنشاء بنية تخترق غشاء الخلية، مما يسبب فقدان السلامة مما يؤدي إلى تمزق الخلايا وتسمم الدم. وهذا يسمح للجراثيم والبكتيريا المسببة للأمراض الأخرى بالدخول إلى نظام الحشرة، مما يساهم في موتها في النهاية.
وبمجرد موت الحشرة، تستفيد بكتيريا Bacillus thuringiensis من هذا المكان، حيث يمكنها التكاثر وتكوين الأبواغ، وبالتالي ضمان انتشارها في البيئة. لا يسلط هذا الأسلوب من العمل الضوء على فعالية المبيد الحيوي فحسب، بل يؤكد أيضًا على أهمية Bacillus thuringiensis في مكافحة الآفات البيولوجية. من أجل استخدام أكثر فعالية، من المستحسن معرفة المزيد عن مبيدات حشرية للنباتات.
