عصوية تورنجية

العصوية التورنجية (الاسم الفهمي: Bacillus thuringiensis) أو(بالإنجليزية اختصارًا: Bt) هي بكتريا موجبة الغرام، ساكنة للتربة يشيع استخدامها مبيدًا حيويًا للآفات. توجد العصوية التورنجية عادة في أمعاء يرقات الكثير من أنواع العث والفراشات، بالإضافة إلى سطوح أوراق الأشجار والبيئات المائية وفضلات الحشرات البيئات الغنية بالحشرات والمطاحن ومخازن الحبوب. وُجدَت أيضًا متطفلة على فراشة الفواكه المجففة (الاسم الفهمي: Cadra calidella) في التجارب المخبرية عليها، فكانت الكثير من الفراشات مريضة بهذا المتطفل.

تُنتِج الكثير من سلالات العصوية التورنجية أثناء التبوغ بروتينات بلورية (مشتملات بروتينية) تدعى سموم دلتا الداخلية (بالإنجليزية: δ-endotoxins) التي تمتلك عملًا مبيدًا للحشرات. أدى ذلك إلى استخدامها كمبيدات حشرية، واستخدامها في الآونة الأخيرة في تعديل المحاصيل وراثيًا باستخدام جينات B. thuringiensis، مثل الذرة المعدلة وراثيًا المقاومة للحشرات (بالإنجليزية: Bt corn). على الرغم من ذلك فإن الكثير من سلالات العصوية التورنجية المنتجة للبلورات لا تمتلك خصائص مبيدة للحشرات. يشيع استخدام تحت النوع B. thuringiensis israelensis في مكافحة البعوض وذباب الفطر.

التصنيف والاكتشاف

اكتُشفت العصوية التورنجية لأول مرة في عام 1901 في دودة القز على يد مهندس تربية دودة القز الياباني إيشواتاري شيجيتان. أطلق على البكتريا تسمية B. sotto، باستخدام الحدثة اليابانية «سوتو» والتي تعني الانهيار، مشيرة بذلك إلى الشلل العصوي. أُعيدَ اكتشاف البكتريا في عام 1911 على يد عالم الأحياء الدقيقة الألماني إيرنست بيرلينر عندما عزلها كمسبب لسقم يدعى الليونة عند يرقات فراشة الطحين في ولاية تورينجيا (ومن هنا اتىت تسمية النوع «thuringiensis»، أي التورنجية). أُعيد تعيين الاسم العملي B. sotto لاحقًا ليصبح B. thuringiensis var. sotto.

في عام 1976، أعرب روبرت إيه. زخاريان وجود بلازميد في أحد سلالات العصوية التورنجية واقترح دور البلازميد في تشكل الأبواغ الداخلية والبلورات. من الأنواع البكتيرية القريبة من العصوية التورنجية: العصوية الشمعية B. cereus، وهي بكتيريا ساكنة للتربة، والعصوية الجمرية B. anthracis، المسببة للجمرة الخبيثة، وتختلف الأنواع الثلاثة عن بعضها بشكل رئيسي في البلازميد الخاص بكل منها. مثل الأنواع الأخرى ضمن الجنس، جميع الأنواع الثلاثة هوائية قادرة على إنتاج الأبواغ الداخلية. اعتُقِدَ طويلًا حتى بروتين التيوبولين خاص فقط بحقيقيات النوى. ولكن ثبت في الآونة الأخيرة وجود بروتينات لبدائيات النوى ذات صلة بالتيوبولين.

الأنواع الفرعية

توجد عشرات الأنواع الفرعية المعروفة للعصوية التورنجية. من الأنواع التي يشيع استخدامها مبيدات حشرية: B. thuringiensis kurstaki (بالإنجليزية اختصارًا: Btk)، وتحت النوع B. thuringiensis israelensis (بالإنجليزية اختصارًا: Bti) وتحت النوع B. thuringiensis aizawa.

آلية عمل العمل المبيد للحشرات

تُنتج العصوية التورنجية عند التبوغ بلورات من سموم دلتا الداخلية البروتينية المبيدة للحشرات (التي تدعى البروتينات البلورية أو(بالإنجليزية: Cry proteins))، والتي تشفرها جينات (cry). تقع جينات (cry) في معظم سلالات العصوية التورنجية في البلازميد (cry ليست جينًا صبغيًا في معظم السلالات).

تمتلك السموم البلورية (بالإنجليزية: Cry toxins)‏ عملًا انتقائيًا ضد أنواع الحشرات ضمن رتب حرشفية الأجنحة (الفراشات والعث) وثنائية الأجنحة (الذباب والبعوض) وغمدية الأجنحة (الخنافس) وغشائية الأجنحة (الدبابير والنحل والنمل والدبابير المنشارية)، بالإضافة إلى عمل مضاد للديدان الثعبانية (النيماتودا). إلى غير ذلك تكون بكتريا العصويات التورنجية بمثابة خزان مهم للسموم البلورية لإنتاج المبيدات الحشرية الحيوية والمحاصيل المعدلة وراثيًا المقاومة للحشرات. عندما تتناول الحشرات بلورات السموم، تغير قلوية القناة الهضمية لديها من خواص البلورات غير المنحلة في الماء جاعلة إياها منحلة في الماء، وبذلك قابلة للبتر بواسطة أنزيمات البروتياز الموجودة في أمعاء الحشرة، والتي تحرر السم من البلورات. بعد ذلك يدخل السم البلوري ضمن جدار الأمعاء الخلوي ما يؤدي إلى شلل القناة الهضمية وتشكيل مسام في الجدار الخلوي. تتوقف الحشرة عن تناول الطعام وتجوع حتى الموت. يمكن حتى تشكل بكتريا العصوية التورنجية الحية مستعمرة داخل الحشرة، ويمكن حتى يساهم ذلك في موت الحشرة. قد يحتاج عمل العصوية التورنجية المبيد للحشرات وجود بكتريا الأمعاء الوسطى الخاصة باليرقات القابلة للإصابة.

وُجد حتى جزيء رنا RNA صغير يدعى (BtsR1) يمكن حتى يسكت الجين المصنع للسم البلوري عندماقد يكون خارج العائل عن طريق الارتباط بمسقط الارتباط الريبوزومي على الرنا الرسول الخاص بمورثة السم (Cry5Ba) وتثبيط تعبيرها. ينتج عن الإسكات زيادة تناول الطعام عند نيماتودا الربداء الرشيقة (الاسم الفهمي: Caenorhabditis elegans) وعند دخول البكتريا إلى العائل يزول تأثير جزيء الرنا الصغير، ما يؤدي إلى موت العائل.

في عام 1996، اكتُشفت مجموعة أخرى من البروتينات المبيدة للحشرات في العصوية التورنجية وهي البروتينات الخضرية المبيدة للحشرات (بالإنجليزية: Vegetative insecticidal proteins. لا تمتلك البروتينات الخضرية المبيدة للحشرات بنية مماثلة للبروتينات البلورية، وبشكل عام لا تتنافس على المستقبل ذاته، ويقتل بعضها أنواع حشرات مختلفة عن التي تقتلها البروتينات البلورية. في عام 2000، اكتُشفت مجموعة فرعية جديدة تعهد بالباراسبورينات (بالإنجليزية: Parasporins) في عزلات للعصوية التورنجية غير مبيدة للحشرات. تُعرَّف بروتينات مجموعة الباراسبورين بأنها بروتينات تنجها العصوية التورنجية والبروتينات البكتيرية المشابهة التي لا تمتلك خواصًا حالة لكريات الدم الحمراء ولكنها قادرة على القتل الانتقائي للخلايا السرطانية. حتى يناير 2013، قُسمت الباراسبورينات إلى ستة تحت فصائل: من PS1 إلى PS6.

استخدام الأبواغ والبروتينات في مكافحة الآفات

تستخدم الأبواغ والبروتينات البلورية المبيدة للحشرات التي تنتجها العصوية التورنجية لمكافحة الآفات الحشرية منذ عشرينيات القرن الماضي، وتطبق عادة على شكل سوائل رش. تستخدم الآن مبيدات حشرية تخصصية من العصوية التورنجية تحت أسماء تجارية مثل دايبيل (بالإنجليزية: DiPel) وتوريسايد (بالإنجليزية: Thuricide). يُنظر إلى هذه المبيدات على أنها صديقة للبيئة نظرًا لانتقائيتها، وامتلاكها تأثيرًا ضئيلًا أومعدومًا على الإنسان والحياة البرية والحيوانات المؤبرة ومعظم الحشرات المفيدة الأخرى، وتُستخدَم في الزراعة العضوية؛ مع ذلك، فإن الكتيبات الإرشادية الخاصة بتلك المنتجات لا تتضمن الكثير من التحذيرات البيئية والصحية البشرية. وُجد في مراجعة أقران تنظيمية أوروبية أجريَت في عام 2012 لخمس سلالات مُصدَق عليها حتى المعلومات غير كافية لتأكيد بعض الانادىءات التي تقول بانخفاض سمية تلك المواد على البيئة والإنسان.

تُطور وتُدخَل سلالات جديدة من العصوية التورنجية مع مرور الوقت نتيجة تطوير الحشرات لخصائص مقاومة للعصوية التورنجية، أونتيجة للرغبة في إحداث الطفرات لتعديل خصائص الكائن الحي أولاستخدام طرق التأشيب المتماثل في الهندسة الوراثية لزيادة حجم البلورات وفعاليتها المبيدة للحشرات أولتوسيع المدى العوائلي للعصوية التورنجية وللحصول على صيغ أكثر فعالية. تُعطى جميع سلالة جديدة رقمًا مميزًا وتُسجل في وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) وقد يُسمح بإجراء التعديل الوراثي عليها بحسب «سلالاتها الأبوية، ونمط استخدام المبيد المفترض، وطريقة ومدى التعديل الوراثي الذي سيُجرى على الكائن». صيغ العصوية التورنجية التي سُمح باستخدامها في الزراعات العضوية في الولايات المتحدة مُجدولة على مسقط الويب الخاص بمعهد مراجعة المواد العضوية (OMRI) والكثير من مواقع الويب الإرشادية الخاصة بالجامعات التي تقدم النصائح حول كيفية استخدام أبواغ العصوية التورنجية أوتحضير البروتينات في الزراعات العضوية.

المراجع

^ Madigan MT, Martinko JM, المحررون (2005). Brock Biology of Microorganisms (الطبعة 11th). Prentice Hall. ISBN . ^{[حدد الصفحة]}
^ du Rand, Nicolette (July 2009). Isolation of Entomopathogenic Gram Positive Spore Forming Bacteria Effective Against Coleoptera (PhD Thesis). Pietermaritzburg, South Africa: University of KwaZulu-Natal. hdl:10413/1235. ^{[حدد الصفحة]}
^ Cox PD (1975). "The influence of photoperiod on the life-cycles of Ephestia calidella (Guenee) and Ephestia figulilella Gregson (Lepidoptera: Phycitidae)". J. Stored Prod. Res. 11 (2): 77. doi:10.1016/0022-474X(75)90043-0.
^ Kumar PA, Sharma RP, Malik VS (1996). "The insecticidal proteins of Bacillus thuringiensis". Advances in Applied Microbiology. 42: 1–43. doi:10.1016/s0065-2164(08)70371-x. ISBN . PMID 8865583. مؤرشف من الأصل في 13 فبراير 2019.
^ "Bti for Mosquito Control". EPA.gov (باللغة الإنجليزية). US EPA. 2016-07-05. مؤرشف من الأصل فيستة ديسمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 28 يونيو2018.
^ Roh JY, Choi JY, Li MS, Jin BR, Je YH (April 2007). "Bacillus thuringiensis as a specific, safe, and effective tool for insect pest control". Journal of Microbiology and Biotechnology. 17 (4): 547–59. PMID 18051264.
^ "Fungus Gnats Management Guidelines--UC IPM". ipm.ucanr.edu (باللغة الإنجليزية). University of California Integrated Pest Management. مؤرشف من الأصل في 22 ديسمبر 2019.
^ . EPA. 1977. صفحة 61. مؤرشف من الأصل في 26 يناير 2020. In 1915 the bacterium was re-examined and named Bacillus sotto. [...] At about the same time, Beriner was isolating the organism
^ . Fukuoka Entomological Society. 1967. صفحة 99. مؤرشف من الأصل في 23 ديسمبر 2019. "Sotto" in Japanese means "sudden collapse" or "fainting", and "sotto" of Bacillus thuringiensis var. sotto derives its name from the "sotto" disease.
^ Reardon RC, Dubois NR, McLane W (1994). . USDA Forest Service. مؤرشف من الأصل في 25 ديسمبر 2019. Mediterranean flour moths, Ephestia (=Anagasta) kuehniella (Zeller), that were found in stored grain in تورينغن
^ Steinhaus E (2012). . Elsevier. صفحة 32. ISBN . مؤرشف من الأصل في 24 يناير 2020. Bacillus sotto Ishiwata [→] Taxonomic reassignment: Bacillus thuringiensis var. sotto Ishiwata. [Heimpel and Angus, 1960]
^ Zakharyan R.A et. el. (1979). "Plasmid DNA from Bacillus thuringiensis". Microbiologiya. 48 (2): 226–9. ISSN 0026-3656.
^ Cheng TC, المحرر (1984). . صفحة 159. ISBN . مؤرشف من الأصل في 24 يناير 2020.
^ Nogales E, Downing KH, Amos LA, Löwe J (June 1998). "Tubulin and FtsZ form a distinct family of GTPases". Nature Structural Biology. 5 (6): 451–8. doi:10.1038/nsb0698-451. PMID 9628483.
^ Jenkins C, Samudrala R, Anderson I, Hedlund BP, Petroni G, Michailova N, Pinel N, Overbeek R, Rosati G, Staley JT (December 2002). "Genes for the cytoskeletal protein tubulin in the bacterial genus Prosthecobacter". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (26): 17049–54. Bibcode:2002PNAS...9917049J. doi:10.1073/pnas.012516899. PMC 139267. PMID 12486237.
^ Yutin N, Koonin EV (March 2012). "Archaeal origin of tubulin". Biology Direct. 7: 10. doi:10.1186/1745-6150-7-10. PMC 3349469. PMID 22458654.
^ Larsen RA, Cusumano C, Fujioka A, Lim-Fong G, Patterson P, Pogliano J (June 2007). "Treadmilling of a prokaryotic tubulin-like protein, TubZ, required for plasmid stability in Bacillus thuringiensis". Genes & Development. 21 (11): 1340–52. doi:10.1101/gad.1546107. PMC 1877747. PMID 17510284.
^ Økstad OA, Kolstø A (2011). "Chapter 2: Genomics of Bacillus Species". In Wiedmann M, Zhang W (المحررون). Genomics of Foodborne Bacterial Pathogens, 29 Food Microbiology and Food Safety. Springer Science+Business Media, LLC. صفحات 29–53. doi:10.1007/978-1-4419-7686-4_2. ISBN .
^ Dean DH (1984). "Biochemical genetics of the bacterial insect-control agent Bacillus thuringiensis: basic principles and prospects for genetic engineering" (PDF). Biotechnology & Genetic Engineering Reviews. 2: 341–63. doi:10.1080/02648725.1984.10647804. PMID 6443645. مؤرشف من الأصل (PDF) فيثمانية أغسطس 2014.
^ Beegle CC, Yamamoto T (1992). "Invitation Paper (C.p. Alexander Fund): History Of bacillus Thuringiensis berliner Research and Development". The Canadian Entomologist. 124 (4): 587–616. doi:10.4039/Ent124587-4.
^ Xu J, Liu Q, Yin X, Zhu S (2006). "A review of recent development of Bacillus thuringiensis ICP genetically engineered microbes". Entomological Journal of East China. 15 (1): 53–8. مؤرشف من الأصل في 27 أغسطس 2018.
^ Circkmore N. "Bacillus thuringiensis toxin nomenclature". مؤرشف من الأصل في 09 أكتوبر 2008. اطلع عليه بتاريخ 23 نوفمبر 2008.
^ Schnepf E, Crickmore N, Van Rie J, Lereclus D, Baum J, Feitelson J, Zeigler DR, Dean DH (September 1998). "Bacillus thuringiensis and its pesticidal crystal proteins". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 62 (3): 775–806. PMC 98934. PMID 9729609.
^ Wei JZ, Hale K, Carta L, Platzer E, Wong C, Fang SC, Aroian RV (March 2003). "Bacillus thuringiensis crystal proteins that target nematodes". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (5): 2760–5. Bibcode:2003PNAS..100.2760W. doi:10.1073/pnas.0538072100. PMC 151414. PMID 12598644.
^ W.S. Cranshaw, Colorado State University Extension Office. Last updated March 26, 2013. Bacillus thuringiensis Fact Sheet نسخة محفوظةستة سبتمبر 2015 على مسقط واي باك مشين.
^ Babu M, Geetha M. "DNA shuffling of Cry proteins". مؤرشف من الأصل في 1 مارس 2017. اطلع عليه بتاريخ 23 نوفمبر 2008.
^ Broderick NA, Raffa KF, Handelsman J (October 2006). "Midgut bacteria required for Bacillus thuringiensis insecticidal activity". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (41): 15196–9. Bibcode:2006PNAS..10315196B. doi:10.1073/pnas.0604865103. JSTOR 30051525. PMC 1622799. PMID 17005725.
^ Peng D, Luo X, Zhang N, Guo S, Zheng J, Chen L, Sun M (January 2018). "Small RNA-mediated Cry toxin silencing allows Bacillus thuringiensis to evade Caenorhabditis elegans avoidance behavioral defenses". Nucleic Acids Research. 46 (1): 159–173. doi:10.1093/nar/gkx959. PMC 5758910. PMID 29069426.
^ Palma L, Hernández-Rodríguez CS, Maeztu M, Hernández-Martínez P, Ruiz de Escudero I, Escriche B, Muñoz D, Van Rie J, Ferré J, Caballero P (October 2012). "Vip3C, a novel class of vegetative insecticidal proteins from Bacillus thuringiensis". Applied and Environmental Microbiology. 78 (19): 7163–5. doi:10.1128/AEM.01360-12. PMC 3457495. PMID 22865065.
^ Ohba M, Mizuki E, Uemori A (January 2009). "Parasporin, a new anticancer protein group from Bacillus thuringiensis". Anticancer Research. 29 (1): 427–33. PMID 19331182. مؤرشف من الأصل في 16 مارس 2020.
^ Official Website of the Committee of Parasporin Classification and Nomenclature Accessed Jan 4, 2013^{[بحاجة لتأكيد]}نسخة محفوظة 17 أكتوبر 2019 على مسقط واي باك مشين.
^ Estruch JJ, Warren GW, Mullins MA, Nye GJ, Craig JA, Koziel MG (May 1996). "Vip3A, a novel Bacillus thuringiensis vegetative insecticidal protein with a wide spectrum of activities against lepidopteran insects". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (11): 5389–94. Bibcode:1996PNAS...93.5389E. doi:10.1073/pnas.93.11.5389. PMC 39256. PMID 8643585.
^ Mizuki E, Park YS, Saitoh H, Yamashita S, Akao T, Higuchi K, Ohba M (July 2000). "Parasporin, a human leukemic cell-recognizing parasporal protein of Bacillus thuringiensis". Clinical and Diagnostic Laboratory Immunology. 7 (4): 625–34. doi:10.1128/CDLI.7.4.625-634.2000. PMC 95925. PMID 10882663.
^ Lemaux PG (2008). "Genetically Engineered Plants and Foods: A Scientist's Analysis of the Issues (Part I)". Annual Review of Plant Biology. 59: 771–812. doi:10.1146/annurev.arplant.58.032806.103840. PMID 18284373.
^ "Conclusion on the peer review of the pesticide risk assessment of the active substance Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki (strains ABTS 351, PB 54, SA 11, SA 12, EG 2348)". EFSA Journal. 10 (2): 2540. August 8, 2012. doi:10.2903/j.efsa.2012.2540.
^ "DiPelProDf data sheet" (PDF). مؤرشف من الأصل (PDF) في 13 مارس 2014.
^ "DiPelProDf data sheet" (PDF). مؤرشف من الأصل (PDF) في September 8, 2013.
^ . Academic Press, imprint of Elsevier. 2010. صفحات 442–443. ISBN . مؤرشف من الأصل في 25 يناير 2020.
^ Huang F, Buschman LL, Higgins RA (2001). "Larval feeding behavior of Dipel-resistant and susceptible Ostrinia nubilalis on diet containing Bacillus thuringiensis (Dipel EStm)". Entomologia Experimentalis et Applicata. 98 (2): 141–148. doi:10.1046/j.1570-7458.2001.00768.x. ISSN 0013-8703.
^ "Novel Bacillus thuringiensis isolate". USPTO. 1987. US4910016. مؤرشف من الأصل فيخمسة ديسمبر 2016.
^ "Formation of and methods for the production of large bacillus thuringiensis crystals with increased pesticidal activity". USPTO. 1996. US6303382. مؤرشف من الأصل فيستة ديسمبر 2016.
^ US patent 5955367, Adams, Lee Fremont, "Production of bacillus thuringiensis integrants", published 1999-09-21
^ Pesticides; Data Requirements for Biochemical and Microbial Pesticides. U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Final Rule. نسخة محفوظة 17 يوليو2009 على مسقط واي باك مشين.
^ 40 CFR 158.2100 - Microbial pesticides definition and applicability. نسخة محفوظة 22 ديسمبر 2019 على مسقط واي باك مشين.
^ "Search: bacillus, thuringiensis". OMRI. مؤرشف من الأصل في أربعة أكتوبر 2019.
^ Caldwell B, Sideman E, Seaman A, Shelton A, Smart C, المحررون (2013). "Material Fact Sheet: Bacillus thuringiensis (Bt)". (الطبعة 2nd). صفحات 109–12. ISBN . مؤرشف من الأصل (PDF) في 20 يوليو2019.
^ Cranshaw, W.S. (November 2, 2012). "Bacillus thuringiensis Fact Sheet". Colorado State University Extension Service. مؤرشف من الأصل فيستة سبتمبر 2015.