Biyoteknoloji için Mikrobiyoloji 1

Biyoteknoloji için

Mikrobiyoloji 1

Bacillus thrungiensis

• Bacillus thuringiensis (ya da Bt) Gram-pozitif, toprakta yaşayan bir bakteridir ve yaygın olarak biolojik pestisit olarak kullanılır.

• B. thuringiensis ayrıca çok çeşitli tırtıl türlerinin, pul kanatlıların ve kelebeklerin gastrointestinal sisteminde doğal olarak bulunurlar.

• Bu canlıların gut sisteminin yanı sıra Bt çeşitli yaprakların yüzeyinde, sucul

çevrelerde, hayvan dışkısında ve böcek bakımından zengin çevrelerde, un

öğütme ve de ekin depolama tesislerinde yayın olarak bulunabilir.

• Sporulasyon sırasında Bt suşlarının çoğu δ-endotoxinler adı verilen kristal proteinler (protein doğasındaki inklüzyonlar)üretirler.

• Bu kristal proteinlerin insektisidal etkilerinin olduğu bilinmektedir.

• Bu kristaller nedeni ile Bt’lerin insektisidal olarak kullanımları yaygındır.

• Ayrıca, Bt genleri kullanılarak son yıllarda çeşitli bitkilerin genetik olarak düzenlenmiş bitkiler geliştirilmiştir.

• Kristal üreticisi Bt suşlarının çoğunun insektisidal etkisi yoktur.

• O halde, bir Bt suşu kristal üretiyor ise, bu kristal proteininin mutlaka insektisidal etkisi vardır dememiz mümkün değildir.

BT’NİN KEŞFİ VE ETKİ MEKANİZMASI

• B. thuringiensis ilk olarak Japon biyolog Ishiwata Shigetane tarafından 1901 yılında keşfedilmiştir.

• 1911 yılında B. thuringiensis Ernst Berliner tarafından Almanya’da yeniden keşfedilmiş ve bir güve hastalığının etmeni olarak tanımlanmıştır.

• 1976 yılında Robert A. Zakharyan

B. thuringiensis suşunda bir plazmid olduğunu ve bu

plazmidin endospor ve kristal yapısından sorumlu

olabileceğini önermiştir.

• B. thuringiensis bakterisi yine bir toprak bakterisi olan B.cereus, ve anthrax etmeni olan B.anthracis, ile yakın ilişkilidir.

• Bu üç tür birbirlerinden temel olarak kodladıkları plazmidler bakımından farklılık gösterirler.

• Bu cinsin diğer üyeleri gibi bahsedilen bu üç tür de anaerobtur ve endospor üretirler.

• B. thuringiensis sporulasyon sırasında protein doğasında ve insektisidal etkisi olan δ-endotoxinler (kristal proteinler ya da Cry proteinler olarak da

adlandırılırlar) kodlarlar.

• Bu proteinlerin gen kodu cry genleri üzerindedir.

• B. thuringiensis suşlarının çoğunda cry genleri plazmid üzerinde kodludur (genellikle kromozomal DNA’da yer almazlar).

• Cry toksinlerinin Lepidoptera (güveler ve kelebekler), Diptera (sinekler), Coleoptera (kınkanatlılar), Hymenoptera (eşek arıları, arılar, karıncalar)ve nematodlar üzerinde spesifik etkileri vardır.

• Bu nedenle, B. thuringiensis böcekler üzerinde insektisit olarak kullanılabilecek Cry toxinlerinin eldesi ve de genetik olarak düzenlenmiş bitkilerin oluşturulması bakımından önemli kaynaklardır.

• Böcekler toksin kristallerini sindirdiklerinde, alkaline sindirim

sistemleri kristalleri çözünebilir forma sokmakta ve böceklerin

sindirim sisteminde bulunan proteazların etkilerine hassas

duruma getirerek toksinin kristalden ayrılmasına neden

olmaktadır.

• Ardından Cry toksini böceğin gut

hücrelerinin zarlarından içeri girerek

sindirim sistemini paraliz etmekte ve porlar oluşturmaktadır.

• Böcek beslenemediği için ölmektedir.

• Canlı Bt bakterilerinin kolonizasyonu sonucunda da böceklerin ölümü

gerçekleşmektedir.

• 1996 yılında, Vip (vegetative insecticidal proteins) olarak adlandırılan bir başka Bt insektisidal proteini tanımlanmıştır.

• Vip proteinleri, Cry proteinleri ile dizi

homolojisi içermemekte, aynı reseptörlere

bağlanmamakta ve Cry proteinlerinin etki

ettiği böceklerden daha farklı böcekleri

öldürmektedir.

• 2000 yılında, insektisidal etkisi bulunmayan B. thuringiensis izolatlarından parasporin adı verilen yeni bir Cry fonksiyonel grubu tanımlanmıştır.

• Parasporin grubu proteinler hemolitik aktivite göstermemekte ve kanser

hücrelerini öldürmektedirler.

• 2013 yılının Ocak ayında parasporinler 6 alt

gruba ayrılmıştır (PS1-PS6).

Böceklerin kontrolünde

Proteinlerin ve Sporların Kullanımı

• B. thuringiensis tarafından üretilen sporlar ve kristalin insektisidal proteinler 1920 yılından günümüze böceklerin kontrolünde

kullanılmakta, genellikle de sprey olarak uygulanmaktadır.

• Günümüzde spesifik insektisitler olarak yer almakta ve

• DiPel ve Thuricide gibi ticari markalar olarak satılmaktadır.

• Spesifiteleri nedeni ile pestisitler çevre dostu olarak tanımlanırlar.

• Doğal yaşama,

• insanlara,

• tozlaşma ajanlarına ve

• faydalı pek çok böceğe

karşı zararlı etkileri bulunmamaktadır ve organik ürün yetiştiriciliğinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar.

• Bununla birlikte, bu ürünlerin kataloglarında insan ve çevre

sağlığı ile ilgili pek çok uyarı yer almaktadır.

• Bacillus thuringiensis serovar israelensis yaygın olarak sinek larvasiti olarak

kullanılmaktadır.

• Bu yöntem, sinekler ile mücadelede çevre

dostu bir yöntemdir.

• Böcekler Bt’ye direnç geliştirdikçe, yeni Bt suşlarının araştırması sürmektedir.

• Bir başka yaklaşım ise;

•

organizma karakteristiklerinin iyileştirilmesi için mutas yonların gerçekleştirilmesi ya da

• homolog rekombinasyon

tekniği kullanılarak, genetik mühendisliği tekniği ile k ristal boyutunun ve

pestisidal aktivitenin arttırılmasıdır.

• Bir diğer yol ise, Bt’nin

konak direncinin yükseltilmesi ya da mevcut toksinleri n daha etkin

formülasyona kavuşturulmasıdır.

• Her bir yeni suşa yeni bir numara verilmekte

ve U.S: EPA’ya kaydı yapılmaktadır.

http://www.epa.gov/oppbppd1/biopesticides/pips/regofbtcrops.htm

• Kayıt yapıldıktan sonra, suş üzerinde genetik

modifikasyonların yapılabilmesi için izin alınmaktadır.

• Organik tarımda kullanımı uygun bulunan Bt’lerin listesi ABD’de Organic Materials Review Institute (OMRI) web sayfasında yer almakta ve ayrıca pek çok üniversite yine web sayfasında Bt sporlarının ya da protein preperatlarının organik tarımda nasıl

kullanılacağına dair çeşitli bilgiler vermektedir.

Bt Genlerinin Bitkilerin Böcek Direnci Kazanmasında Kullanımı

• Belçika firması olan Plant Genetic Systems (şimdi Bayer CropScience

’nin bir parçası) ilk olarak 1985 yılında, B. thuringiensis cry genlerini ifade etmek suretiyle böcek direncine sahip genetik olarak

düzenlenmiş bitki (tütün) üretmiştir.

• Bt tütün, hiçbir zaman ticari olarak satılmamıştır, besin zincirinin bir

parçası olmamıştır; genetik manipulasyonları kolay olduğu için genetik

olarak yapılan modifikasyonları test etmek için kullanılmıştır.

• https://www.youtube.com/watch?

v=3aLj1WmzL98&list=PLtna2bytZCdc7D_2Mf49qJ5GEvXhoUUq7&ind

ex=1

Kullanımı

• İlk olarak 1995 yılında CRY 3A Bt toksinini üreten patates bitkisi Environmental Protection Agency tarafından güvenli olarak değerlendirilmiştir.

• Bu ürün, insan tarafından üretilen ve pestisit üretme özelliğine sahip ürün olarak USA’de tanımlanmıştır.

• Bu patates 2001 yılında, yeterince ilgi

görememesi nedeni ile marketten kaldırılmıştır.

• 1996 yılında, genetik olarak düzenlenmiş ve Bt Cry proteinini üreten ve Avrupa mısır

kurdunu ve yakın akraba diğer türleri öldürme özelliğine sahip mısır bitkisi üretilmiştir.

• Daha sonrasında ise, kök kurtlarının

larvasını öldürme özelliğindeki Bt genleri

ilave edilmiştir.