Анатомические повреждения, вызванные Bacillus thuringiensis разновидность israelensis, у личинок желтолихорадочного комара Aedes aegypti (L.), выявленные с помощью микроанализа.

Apr 16, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8759 (2023) Цитировать эту статью

227 Доступов

Подробности о метриках

С помощью методов микрокомпьютерной томографии и фазового контраста алгоритма фазового поиска на одном расстоянии мы реконструировали улучшенные визуализированные изображения мягких тканей личинок Aedes aeqypti четвертого возраста после обработки Bti. В отличие от предыдущих публикаций, основанных на традиционной микроскопии, оптической или электронной микроскопии, которые ограничивались частичными исследованиями, в основном в виде гистологических срезов, здесь мы впервые показываем влияние Bti на полную внутреннюю анатомию насекомого. . С помощью 3D-изображений удалось изучить действие бактерии на ткани и органы не только на срезах, но и в целом. Мы сравнили анатомию здоровых личинок с изменениями, произошедшими у личинок после воздействия Бти (в течение 30 мин, 1 ч и 6 ч), и наблюдали прогрессивное повреждение, вызываемое Бти. Было подтверждено повреждение эпителия средней кишки с прогрессирующим набуханием энтероцитов, утолщением эпителия, увеличением вакуолярных пространств и, наконец, лизисом клеток, приводящим к образованию отверстий в стенках средней кишки. В то же время личинки изменили свою подвижность, из-за чего им стало трудно подняться на поверхность и правильно расположить дыхательный сифон, чтобы преодолеть поверхностное натяжение и дышать. Внутри наблюдались явления осмотического шока, приводившие к деформации формы поперечного сечения, приводившей к появлению широкого внутреннего пространства между кутикулой и внутренними структурами и прогрессирующему коллапсу стволов трахеи. В совокупности эти результаты свидетельствуют о гибели личинок не в результате голодания вследствие разрушения эпителия пищеварительного тракта, как утверждалось ранее, а в результате синергического катастрофического многофакторного процесса в дополнение к асфиксии из-за отсутствия адекватного газообмен.

Bacillus thuringiensis (Bt) была впервые обнаружена в 1901 году Сигэтане Ишиватой, который выделил бактерию из мертвых личинок тутового шелкопряда, когда исследовал причину так называемой «болезни Сотто» (болезни внезапного коллапса). Он назвал бактерию Bacillus sotto1. Несколько лет спустя Эрнст Берлинер выделил родственный штамм из мертвых личинок средиземноморской мучной моли, обнаруженных на мукомольной мельнице в Тюрингии, и после этого дал бактерии соответствующее название B. thuringiensis. Этот автор также заметил, что раствор кристаллизованных токсинов Bt был очень эффективен против некоторых вредителей сельскохозяйственных культур2,3,4.

Bt — грамположительная спорообразующая бактерия, обнаруженная по всему миру и во всех протестированных экосистемах5. Во время споруляции штаммы Bt синтезируют кристаллические (Cry) и цитолитические (Cyt) белковые токсины, называемые δ-эндотоксинами, в виде параспоральных телец, которые токсичны для многих насекомых6,7. Было показано, что когда личинки насекомых заглатывают эти белковые кристаллы, они растворяются в щелочной среде средней кишки, а протоксины активируются пищеварительными ферментами, образуя поры в клеточной мембране пищеварительного тракта, что приводит к летальным последствиям для насекомых, т.е. : Ссылки 8,9.

О первом коммерческом производстве Bt в качестве инсектицида было сообщено в 1938 году во Франции и он продавался под названием «Sporéine», и с тех пор его использование в разработке современных продуктов постоянно растет10. Ангус, используя личинки тутового шелкопряда (Bombyx mori) и штамм Bt подвида sotto, первым доказал, что токсин Cry является основным инсектицидным агентом11, а впоследствии было продемонстрировано, что эпителий кишечника является местом действия δ-токсина. -эндотоксины12. В настоящее время белки Cry протестированы на различных видах насекомых разных отрядов и некоторых других беспозвоночных, таких как клещи и нематоды13. Хотя существует давний спор о том, существуют ли риски долгосрочного воздействия на экосистемы из-за неизбирательного выброса Bt в природу14,15,16, продукты Bt считаются гораздо лучшей альтернативой, чем химические инсектициды, учитывая их специфичность и биоразлагаемость. .