バチルスチューリンゲンシスは、グラム陽性菌の大規模なグループに属する細菌で、一部は病原性で他は完全に無害です。それは農業におけるその有用性のために最も研究されてきた細菌の一つです。
この有用性は、この細菌がその胞子形成期に、作物の真の害虫を構成する特定の昆虫に対して有毒であることが判明したタンパク質を含む結晶を生成するという特殊性を持っているという事実にあります。
B. thuringiensis毒素の結晶。ジムによってバックマンはクレジットされ、元のアップローダーはPRJohnstonです。（w：en：画像：Bacillus thuringiensis.JPG）、Wikimedia Commons経由
Bacillus thuringiensisの最も優れた特徴には、その高い特異性、人、植物、動物に対する無害性、および最小の残留性があります。これらの属性により、作物を苦しめている害虫の処理と防除のための最良の選択肢の1つとして位置付けることができました。
この細菌の成功した使用は、その胞子で製造された最初の農薬が出現した1938年に明らかになりました。それ以来、歴史は長く、それを通してバチルスチューリンゲンシスは農業害虫の防除に関して最良の選択肢の1つとして承認されてきました。
分類
バチルスチューリンゲンシスの分類学的分類は：
ドメイン：細菌
門：ファーミキューテス
クラス： Bacilli
注文：バチルス
家族：ナデシコ科
属：バチルス
種： Bacillus thuringiensis
形態学
彼らは丸い端を持つ棒状の細菌です。それらは、細胞表面全体に分布するべん毛を伴う、灌流性鞭毛パターンを示す。
長さは3〜5ミクロン、幅は1〜1.2ミクロンです。彼らの実験的培養では、直径3〜8 mmの円形のコロニーが観察され、端が規則的で「すりガラス」のように見えます。
電子顕微鏡で観察すると、典型的な細長い細胞が観察され、短い鎖に結合しています。
この種の細菌は、特徴的な楕円形の形状を持ち、細胞の変形を引き起こさずに細胞の中央部分に位置する胞子を生成します。
一般的な特性
そもそも、Bacillus thuringiensisはグラム陽性菌です。つまり、グラム染色処理を行うと、紫色を帯びます。
同様に、それは様々な環境にコロニーを形成する能力を特徴とする細菌です。あらゆる種類の土壌で分離することが可能でした。地理的に分布が広く、地球上で最も敵対的な環境の1つである南極でも発見されています。
代謝が活発で、グルコース、フルクトース、リボース、マルトース、トレハロースなどの炭水化物を発酵させることができます。また、デンプン、ゼラチン、グリコーゲン、N-アセチルグルコサミンを加水分解することもできます。
同じように、バチルスチューリンゲンシスはカタラーゼ陽性であり、過酸化水素を水と酸素に分解することができます。
血液寒天培地で培養した場合、ベータ溶血のパターンが観察されました。つまり、この細菌は赤血球を完全に破壊することができます。
成長のためのその環境要件に関しては、それは10-15°Cから40-45°Cまでの温度範囲を必要とします。同様に、その最適なpHは5.7と7の間です。
バチルスチューリンゲンシスは、厳密な好気性細菌です。酸素が十分に利用できる環境にある必要があります。
バチルスチューリンゲンシスの特徴は、胞子形成の過程でデルタ毒素と呼ばれるタンパク質で構成される結晶を生成することです。これらの2つのグループ内で識別されています：クライとCyt。
この毒素は、さまざまな種類の作物の真の害虫である特定の昆虫の死を引き起こすことができます。
ライフサイクル
B. thuringiensisには2つのフェーズのライフサイクルがあります。1つは栄養成長を特徴とし、もう1つは胞子形成を特徴とします。それらの最初は、栄養豊富な環境などの開発に有利な条件で発生し、2番目は、食品基質が不足している不利な条件で発生します。
蝶、カブトムシ、ハエなどの昆虫の幼虫は、葉、果実、または植物の他の部分を食べているとき、細菌B.チューリンゲンシスの内生胞子を摂取することがあります。
昆虫の消化管では、そのアルカリ特性のために、細菌の結晶化したタンパク質が溶解して活性化されます。タンパク質は昆虫の腸細胞の受容体に結合し、電解質バランスに影響を与える孔を形成し、昆虫を死に至らしめます。
したがって、細菌は死んだ昆虫の組織を使用して、新しい宿主に感染する新しい胞子の摂食、増殖、および形成を行います。
毒素
B.チューリンゲンシスによって生成される毒素は、無脊椎動物では非常に特異的な作用を示し、脊椎動物では無害です。B. thuringensisの散在性封入体は、多様で相乗的な活性を持つ多様なタンパク質を持っています。
B. thuringienisisには、デルタエンドトキシンCryおよびCytに加えて、特定のアルファおよびベータ外毒素、キチナーゼ、エンテロトキシン、ホスホリパーゼ、溶血素を含むいくつかの病原性因子があり、昆虫病原体としての効率を高めます。
B. thuringiensisの有毒なタンパク質結晶は、微生物の作用により土壌中で分解され、太陽放射の入射によって変性する可能性があります。
害虫駆除での使用
バチルスチューリンゲンシスの昆虫病原性の可能性は、作物の保護において50年以上にわたって非常に活用されてきました。
バイオテクノロジーの発展とその進歩のおかげで、この有毒な影響を2つの主要な経路で使用することが可能になりました。作物に直接使用される農薬の生産とトランスジェニック食品の作成です。
毒素の作用機序
害虫駆除におけるこの細菌の重要性を理解するためには、毒素が昆虫の体をどのように攻撃するかを知ることが重要です。
その作用メカニズムは4つの段階に分かれています：
クライプロトキシンの可溶化と処理：昆虫の幼虫が摂取した結晶は腸で溶解します。存在するプロテアーゼの作用により、それらは活性毒素に変換されます。これらの毒素は、いわゆるペリフロン膜（腸上皮細胞の保護膜）を通過します。
受容体への結合：毒素は、昆虫の腸細胞の微絨毛にある特定の部位に結合します。
膜への挿入と細孔の形成：Cryタンパク質が膜に挿入され、イオンチャネルの形成によって組織が完全に破壊されます。
細胞溶解：腸細胞の死。これはいくつかのメカニズムを通じて起こります。最もよく知られているのは浸透圧細胞溶解とpHバランスを維持するシステムの不活性化です。
バチルスチューリンゲンシス
細菌によって生成されたタンパク質の毒性効果が確認されたら、作物の害虫駆除におけるそれらの潜在的な使用を調査しました。
これらの細菌によって産生される毒素の殺虫特性を決定するために、多くの研究が行われてきました。これらの調査の肯定的な結果により、バチルスチューリンゲンシスは、さまざまな作物に害を及ぼし、悪影響を与える害虫を防除するために、世界で最も広く使用されている生物殺虫剤となっています。
出典：Pixabay.com
バチルスチューリンゲンシスベースのバイオ殺虫剤は、時間とともに進化してきました。胞子と結晶のみを含む最初のものから、bt毒素を生成し、植物組織に到達するなどの利点を持つ組換え細菌を含む第3世代として知られるものまで。
この細菌が産生する毒素の重要性は、それが昆虫に対してだけでなく、線虫、原生動物および吸虫などの他の生物に対しても有効であることです。
この毒素は、脊椎動物、人間が属しているグループなど、他の種類の生物では完全に無害であることを明確にすることが重要です。これは、消化器系の内部状態がその増殖と効果にとって理想的ではないためです。
バチルスチューリンゲンシス
技術の進歩、特に組換えDNA技術の開発のおかげで、作物に害を及ぼす昆虫の影響に対して遺伝的に耐性のある植物を作ることが可能になりました。これらの植物は、一般的にトランスジェニック食品または遺伝子組み換え生物として知られています。
この技術は、細菌のゲノム内で毒性タンパク質の発現をコードする遺伝子の配列を特定することで構成されています。これらの遺伝子は、後に処理される植物のゲノムに移されます。
植物が成長して発達すると、それは以前にバチルスチューリンゲンシスによって生産された毒素を合成し始め、その後昆虫の作用に免疫されます。
この技術が適用されているプラントがいくつかあります。これらの中には、トウモロコシ、綿、ジャガイモ、および大豆があります。これらの作物は、BTコーン、BTコットンなどとして知られています。
もちろん、これらのトランスジェニック食品は、人口にいくつかの懸念を引き起こしています。しかし、米国環境庁が発表した報告では、これらの食品は、これまでに、ヒトにも高等動物にも、いかなる種類の毒性や損傷も示していないことが判明しています。
昆虫への影響
B. thuringiensisの結晶は、高pHで昆虫の腸内で溶解し、プロトキシンと他の酵素とタンパク質が放出されます。したがって、プロトキシンは、腸の細胞上の特殊な受容体分子に結合する活性毒素になります。
B. thuringiensisの毒素は、摂取による昆虫の停止、腸の麻痺、嘔吐、排泄の不均衡、浸透圧の代償不全、全身麻痺、そして最終的には死に至ります。
毒素の作用により、腸組織に深刻な損傷が発生し、その機能を妨げ、栄養素の同化に影響を与えます。
「バチルスチューリンゲンシス」に感染した「Caenorhabditis elegans」の腸。出典：www.researchgate.net
昆虫の死は、胞子の発芽および昆虫の血球中の栄養細胞の増殖によって引き起こされる可能性があると考えられてきた。
しかし、死亡率は、昆虫の腸内に生息する共生細菌の作用により大きく依存し、B。thuringiensis毒素の作用後は、敗血症を引き起こす可能性があると考えられています。
B. thuringiensis毒素は脊椎動物に影響を与えません。後者の食物の消化は、毒素が活性化されていない酸性培地で行われるためです。
昆虫におけるその特異性は際立っており、特に鱗翅目で知られています。ほとんどの昆虫動物にとって無害であると考えられており、植物に対して有害な作用はありません。つまり、植物毒性はありません。
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