BT蛋白如何起作用?

成年玉米bore。托尼·莫里斯(Tony Morris)和弗里克(Flickr)。
毛毛虫不’不要吃Bt蛋白长成成人。成年玉米bore。托尼·莫里斯(Tony Morris)和弗里克(Flickr)。

在最基本的层面上,生命实际上只是一系列化学反应。生物化学家和分子生物学家(例如我自己)在最基本的层面上研究生命的运作方式。不幸的是,这些东西都非常复杂,在线上很少有资源可以解释它是如何工作的。

阿纳斯塔西娅(Anastasia)撰写了一篇精彩的文章,内容涉及转基因玉米在转化植物中的工作原理‘Bt ‘。在帖子中,她从植物生物学家的角度重点研究了天齐网首页的工作原理。在这篇文章中,我将从昆虫学家的角度讨论天齐网首页。具体来说,我将回答这个问题:当毛毛虫吃Bt蛋白时会发生什么?

与许多人的看法相反,Bt不是唯一的,因为它’来自昆虫病原体,甚至是因为’插入植物中。昆虫病原体 病毒, 菌类, 线虫,已全部用于害虫防治操作。钻入植物的昆虫通常受到农药的控制,这些农药将其自身掺入植物中,例如新烟碱类,可作为种子处理剂使用,随着种子的生长而转移到植物中。这个方法不是’t unique to ‘conventional farming’因为有机种植者会 将Bt注入植物 控制枯燥的毛毛虫。除了, 植物有自己的杀虫剂 我们在吃东西时都会食用。相反,Bt是独特的,因为我们从细菌中使用的毒素通常仅对非常特定的昆虫群具有活性。

PH值的便捷指南,由Wikipedia Commons提供。人的胃和柠檬汁一样酸。昆虫的胃和漂白剂一样碱性。

一些Bt蛋白可作用于毛毛虫,另一些可作用于甲虫。但是,所有这些都可以在昆虫的肠道上起作用。虽然我’在本文中,我将重点放在人类上,我想比较和对比昆虫和人类肠道之间肠道pH的环境。在人类中,Bt蛋白非常 迅速消化 体外, 这部分是由于人类和昆虫的胃部非常不同。

天齐网首页对环境敏感,一个非常重要的因素是天齐网首页的pH值。人胃酸的pH值约为2,而 昆虫肠道的pH约为10。为了让您了解这些环境有何不同,请记住,长时间与高酸性(pH 2)或高碱性(pH 10)物质接触会损害人体组织,pH约为7。因为当地的pH对其功能确实很重要。如果pH不’如果在适当范围内,天齐网首页会展开并赢得’工作。当这种情况发生在人体组织上时,将导致化学灼伤。大多数天齐网首页的pH窗口相对狭窄,’会起作用的,而Bt也不例外。

Bt 毒素需要很高的(碱性)pH才能发挥活性,并且必须被昆虫肠道中的特定天齐网首页切割蛋白激活。 Bt 毒素由一堆较小的天齐网首页组成,这些天齐网首页通过协同作用在形成肠道的细胞膜上形成孔而协同工作。形成的孔很小,并且允许盐和其他小溶质进入。当盐涌入时,水随之流进。当水流入时,细胞破裂。当足够多的细胞破裂时,中肠充满了大孔。此时,肠内容物溢出到昆虫的体腔中,导致昆虫死亡。

早些时候,我提到了Anastasia的精彩文章,内容涉及细菌天齐网首页和玉米天齐网首页之间的差异。但是,我不认为转基因作物编码的天齐网首页是毒素。相反,我认为Anastasia描述的天齐网首页为 部分 毒素。请记住,该基因编码一种天齐网首页,在肠道中,该天齐网首页有多个相同的拷贝(亚基),这些拷贝钩在一起形成杀死毛毛虫的孔。这看起来似乎是书呆子的区别,但是它’了解这种天齐网首页的作用非常重要。

细菌中发现的天齐网首页与玉米中发现的天齐网首页有两个主要区别。首先是在细菌蛋白中,转基因作物中使用的基因中已经去除了一个额外的亚基。第二个是一种细菌可能产生多个Bt蛋白亚基,而玉米仅产生一个亚基*。这很重要,因为这些不同的亚基可能以不同的组合相互作用,从而对毒性和特异性产生各种潜在影响。

到目前为止,在这个故事中,毛毛虫以某种方式消耗了毒素,如果我们’在谈论细菌衍生的毒素时,Bt毒素已被毛毛虫激活’s蛋白酶是通过从‘back’或者,天齐网首页的C末端。我们做什么’现在已经有一种天齐网首页漂浮在毛毛虫的肠内。在肠道中,天齐网首页不是’不会造成很多伤害。去做吧’受到损害时,它必须到达细胞膜并闩锁在其他天齐网首页上并接近该膜。在这里,我们介绍另一组玩家:

  • 碱性磷酸酶。许多天齐网首页通过添加磷酸基团来开启和关闭。在昆虫中肠中发现的基本条件下,碱性磷酸酶将磷酸基团从分子上除去。在哺乳动物中,胃粘膜受厚厚的粘液层保护,此粘液的pH部分受碱性磷酸酶调节。此外,哺乳动物肠道中的碱性磷酸酶具有辅助功能,其范围从调节脂肪的吸收到调节细菌性食物中毒期间的免疫反应,再到调节我们的免疫系统与有益细菌之间的相互作用。碱性磷酸酶具有许多功能,其中许多功能’与消化有关。
  • 氨基肽酶。 昆虫在饮食中会消耗多种天齐网首页,因此消化涉及许多天齐网首页,这些天齐网首页会分解其他天齐网首页。其中许多漂浮在肠液中,但其他附着在肠细胞上。一些天齐网首页只是以随机**的方式切割天齐网首页,以通过增加表面积来加快消化速度。氨基肽酶从一端降解天齐网首页,‘front’或天齐网首页的N末端。
  • 钙黏着蛋白。 在哺乳动物中,这些天齐网首页与整联蛋白一起在将细胞保持在一起方面起着重要作用。在昆虫中,它们可能起类似的作用。

氨肽酶,碱性磷酸酶和钙粘蛋白在肠壁上很常见。当Bt蛋白漂浮在肠道中时,它最终会变成氨肽酶和碱性磷酸酶。非常短暂且非常宽松,它与这些分子结合。这种结合可能起到将天齐网首页保持在肠膜上的作用,直到它们遇到钙粘蛋白分子为止。尽管相互作用微弱且暂时,但消除Bt与这些蛋白结合的能力大大降低了这些蛋白的毒性。 Bt 蛋白最终找到并与钙粘蛋白紧密结合。

当与钙粘着蛋白结合时,天齐网首页的形状以允许肠中的蛋白酶以非常特定的方式切割天齐网首页的方式改变。这种天齐网首页被切割的方式暴露了天齐网首页上的疏水氨基酸。这或多或少产生了一个粘性补丁,使Bt蛋白与其他Bt蛋白亚基连接起来。这些亚基连接在一起后,它们失去了与钙黏着蛋白结合的能力,然后获得了与肠结合的氨基肽酶和碱性磷酸酶非常强烈的结合能力。与氨基肽酶和碱性磷酸酶结合后,这组Bt蛋白随后将自身插入细胞膜并形成孔。

Pardo-Lopez等人修改后的图表,说明了我们目前对Bt的理解。等2013。步骤是1.)被蛋白酶激活。 2.)与碱性磷酸酶(ALP)或酰胺肽酶(APN)的结合。 3.)临时结合钙黏着蛋白并进一步加工。 4.)子单元的链接。 5.)亚基与ALP和APN的结合。 6.)孔的形成。

关于Bt蛋白如何运作仍然有许多未知数,我们’d非常想了解这些天齐网首页,因此我们可以设计新版本。我们不’非常了解天齐网首页离开氨基肽酶和碱性磷酸酶并在细胞膜上形成孔的时间之间会发生什么。那里’关于一种天齐网首页有多少个亚基的争论也很多。这些看似微不足道的事情,但是,即使我们对这种天齐网首页的工作原理的确切了解取得了很小的进步,对我们使用这些天齐网首页的能力也有很大帮助。例如, 苏云金芽孢杆菌 可以编码本身具有毒性的不同亚基的天齐网首页,但是当组合在一起时(吉普赛蛾幼虫的Cry1Aa和Cry1Ac)将相互协同作用,并且比单独的任何一种天齐网首页更具毒性。消除天齐网首页的某些部分 可能还会改变毒性。如果我们能以一种可预测的方式弄清楚该怎么做,那么我们可以增加转基因植物产生的天齐网首页的数量,同时将我们需要插入植物中的基因的数量减至最少。还可以预测昆虫将如何对Bt产生抗性,以及天齐网首页的哪些修饰将使我们克服这种抗性。反过来,这可能会使农作物害虫对Bt杀虫剂的抗药性变得更加困难。

所以你有它…这就是Bt的运作方式。它’这是一个非常复杂的过程,但是当您了解一些生化细节时,’实际上,它比起初看起来要简单得多。我们不’我们尚不了解天齐网首页的工作原理,但我们知道足够多的知识能够使用它。当我们发现有关天齐网首页的更多信息并找到操纵它的新方法时,我们可以对其进行改进和改进,使其在未来几年中将非常有用。

*堆积的玉米产生两个不同的亚基’t bind together.
**并非完全随机–在特定氨基酸之后进行切割。这只是用来将天齐网首页分解成较小的块,以提高消化速度。因此,出于我们的意图和目的’s all random. It’并不是真的,但是这些是没有’讨论无关紧要。

参考文献

  • 哈里斯·J·C·哈里斯&Tepass U.(2010年)。粘附连接:从分子到形态发生, 自然评论分子细胞生物学,11 (7)502-514。 DOI:
  • LallèsJ.P.(2010年)。肠道碱性磷酸酶:在维持肠道稳态和饮食调节方面具有多种生物学作用, 营养评论,68 (6)323-332。 DOI:
  • Pardo-LópezL.,SoberónM.&Bravo A.(2013年)。苏云金芽孢杆菌杀虫三域Cry毒素:作用方式,昆虫抗性及对作物保护的后果, FEMS微生物学评论,37 (1)3-22。 DOI:
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