Bacillus thuringiensis var. kurstaki, штамм HG207

Таксономия и номенклатура

Bacillus thuringiensis Berliner 1915 является типовым видом группы Bacillus cereus sensu lato. Подвид kurstaki (серотип H3a3b) впервые выделен из больных личинок мельничной огнёвки (Ephestia kuehniella) в Канаде и описан в 1962 году. Обозначение штамма HG207 (в ряде источников также фигурирует как HD-207 в системе нумерации коллекции Говарда Далмажа, USDA) отражает его принадлежность к генотипически охарактеризованной линии, обладающей стабильным профилем токсинообразования. Аббревиатура HG традиционно указывает на происхождение из рабочей коллекции Института Пастера (Париж) или схожих европейских банков микроорганизмов.

История выделения

Штамм был выделен в ходе скрининговых программ, направленных на поиск высокоактивных энтомопатогенов с улучшенными технологическими свойствами. В отличие от диких изолятов, HG207 отобран искусственно по критериям высокой выживаемости при промышленной ферментации, стабильности спорово-кристаллического комплекса и повышенной токсичности для широкого спектра вредителей из отряда Lepidoptera.

Биологические свойства

Морфология и культивирование

Вегетативные клетки представляют собой крупные палочки размером 1,0–1,2 × 3–5 мкм, располагающиеся одиночно или в цепочках. В процессе споруляции формирует эллипсовидные споры терминального или субтерминального расположения и параспоральные кристаллы бипирамидальной формы, содержащие δ-эндотоксины. На плотных питательных средах (мясо-пептонный агар) формирует крупные, матовые, серовато-кремовые колонии с фестончатым краем. Оптимальная температура роста — 28–30 °C.

Генетические особенности и токсинообразование

Штамм HG207 характеризуется наличием генов, кодирующих Cry-белки первого класса, активные против чешуекрылых. Согласно профилю плазмидных генов, штамм продуцирует:

• Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1Ac — основные токсины, формирующие кристалл.
• Cry2A — дополнительный токсин, повышающий общую энтомоцидность.

Синтез токсинов кодируется генами, локализованными на крупных конъюгативных плазмидах. Концентрация кристаллов может превышать 25–30 % от сухого веса клетки в конце ферментационного цикла.

Механизм действия

Биологическая активность реализуется исключительно при поедании спорово-кристаллического комплекса личинками чувствительных насекомых.

1. Растворение: В щелочной среде средней кишки (pH 9–11) кристаллические белки (протоксины) растворяются.
2. Активация: Под действием протеаз насекомого протоксины размером ~130 кДа расщепляются до активных токсинов (около 60–65 кДа).
3. Связывание: Активный токсин связывается со специфическими рецепторами (кадеринами и аминопептидазой N) на мембране клеток кишечного эпителия.
4. Лизис: Происходит встраивание токсинов в мембрану с образованием пор, нарушение осмотического баланса, набухание и лизис клеток, что приводит к прободению кишечника, параличу челюстей и прекращению питания. Септицемия, вызываемая прорастанием спор, ускоряет гибель хозяина.

Инсектицидная активность

Штамм HG207 обладает высокой вирулентностью для личиночных стадий младших возрастов (L1–L3) более чем 150 видов чешуекрылых, включая:

• Американскую белую бабочку (Hyphantria cunea)
• Капустную совку и капустную моль (Mamestra brassicae, Plutella xylostella)
• Яблонную и сливовую плодожорки (Cydia pomonella, Grapholita funebrana)
• Различные виды листоверток, пядениц, шелкопрядов (в т. ч. непарного шелкопряда).

Ввиду отсутствия активных Cry-токсинов, специфичных к жесткокрылым (Coleoptera) или двукрылым (Diptera), штамм узко специализирован на гусеницах.

Применение

На основе штамма HG207 выпускаются биологические инсектициды кишечного действия. Препаративные формы включают смачивающиеся порошки, водорастворимые гранулы и масляные концентраты. Содержание жизнеспособных спор в препаратах, как правило, составляет не менее 10⁹ КОЕ/мл или /г. Действующим веществом считается спорово-кристаллический комплекс.

Регламенты применения:

• Кратность обработок: 1–4 раза за сезон с интервалом 7–10 дней в зависимости от плотности вредителя.
• Срок ожидания: отсутствует (как правило, разрешена обработка в фазу сбора урожая).
• Совместимость: совместим с большинством химических инсектицидов и фунгицидов, за исключением сильнощелочных смесей.

Безопасность и экология

Bacillus thuringiensis var. kurstaki HG207 отнесён к малоопасным веществам для человека и теплокровных животных (IV класс опасности, ЛД₅₀ per os > 5000 мг/кг). Не проявляет раздражающего, аллергенного или эмбриотоксического действия при соблюдении гигиенических норм.

Безопасен для большинства нецелевых членистоногих, включая хищных и паразитических насекомых-энтомофагов, дождевых червей и взрослых пчёл (при прямом смачивании расплода в улье может вызывать гибель личинок пчёл в открытом расплоде, поэтому рекомендуется избегать обработок в период активного лёта пчёл). Представляет смертельную опасность для тутового шелкопряда (Bombyx mori), что требует защитных зон вблизи шелководческих хозяйств.

Благодаря быстрой деградации под действием ультрафиолета (период полураспада на листовой поверхности составляет 1–3 дня), штамм не накапливается в почве и водоёмах, а остаточные количества токсинов инактивируются микрофлорой и не мигрируют по пищевым цепочкам.