Las toxinas Cry (de toxinas cristalinas ; δ-endotoxinas , toxinas BT ) son toxinas proteicas producidas por la bacteria Bacillus thuringiensis .
Bacillus thuringiensis es una bacteria Gram-positiva aeróbica extendida que es capaz de esporular. Durante la esporulación, este microorganismo forma inclusiones cristalinas formadas por toxinas proteicas propias de esta especie (las denominadas proteínas Cry). Los cristales son de forma bipiramidal, cúbica o redonda y se ubican en el esporangio en el extremo de la celda opuesto a la espora. Actualmente se conocen más de 60 subespecies de Bacillus thuringiensis , cada una de las cuales produce toxinas que tienen efecto insecticida sobre diferentes grupos de la clase Insecta (Insectos). Se conocen toxinas con alta especificidad que matan representantes individuales de los órdenes Lepidoptera (Lepidoptera) (familias Cry1 y Cry9), Coleoptera (Coleoptera) (familia Cry3) y Diptera (Diptera) (familias Cry4 y Cry11) en la etapa larval. Las endotoxinas Cry2 tienen doble especificidad para lepidópteros y dípteros [1] [2] .
La mayoría de las proteínas insecticidas tienen un peso molecular de 130-145 kDa (representantes de las familias Cry1, Cry4, Cry9, etc.). Una vez en el intestino de los insectos, se exponen a la acción de las proteinasas allí presentes , formando fragmentos de 60-70 kDa que son resistentes a una mayor proteólisis , las llamadas "toxinas verdaderas". Estas proteínas muestran una estructura de dominio bien definida. La región C-terminal está más bien conservada entre diferentes clases de proteínas entomócidas. Durante la proteólisis, se degrada fácilmente mediante la separación de pequeños fragmentos con un peso molecular de 15-35 kDa que, a su vez, se someten rápidamente a una hidrólisis adicional. La región N-terminal (que corresponde a la "toxina verdadera") es relativamente resistente a la proteólisis y mucho más variable entre proteínas que la región C-terminal. Por lo tanto, las proteínas originales de 130 a 145 kDa son protoxinas que requieren la activación de las proteinasas del jugo intestinal de los insectos. El grupo de toxinas, al que pertenecen los miembros de las familias Cry2, Cry3, Cry10 y Cry11, incluye proteínas con un peso molecular de 60-70 kDa. En su estructura primaria, se asemejan a las regiones N-terminales ("toxinas verdaderas") de proteínas de 130-145 kDa. A pesar del hecho de que estas proteínas comparten solo alrededor del 30% de identidad de secuencia de aminoácidos, sus estructuras terciarias son similares. Las toxinas Cry son proteínas globulares formadas por tres dominios distintos. El dominio I tiene una estructura completamente α-helicoidal. El dominio II consta de tres capas β antiparalelas y dos hélices α cortas. El dominio III es un sándwich β de dos capas β antiparalelas. [3] [4] [5] [6]
Cuando entra en los intestinos de un insecto, el cristal de proteína se disuelve en el ambiente alcalino del jugo intestinal ( pH 9,5-10,5); las protoxinas disueltas son activadas por enzimas proteolíticas similares a la tripsina y la quimotripsina en los intestinos de los insectos a "toxinas verdaderas". Así, las proteínas cristalinas son protoxinas, para su transición a una forma tóxica es necesaria la acción del jugo digestivo del animal huésped. La siguiente etapa del efecto tóxico es la unión de la “toxina verdadera” a su proteína de afinidad (receptor) expuesta en la superficie de las membranas apicales de las células epiteliales intestinales. En esta etapa, la unión de la toxina al receptor es reversible. La unión al receptor provoca cambios conformacionales significativos en la molécula de toxina, después de lo cual las hélices alfa de su dominio N-terminal forman un poro o canal iónico en la membrana celular, lo que conduce a la muerte celular por pérdida de homeostasis. Después de la destrucción del epitelio intestinal, las células bacterianas entran en la hemolinfa rica en nutrientes del insecto , donde se multiplican [7] [8] .
Las toxinas Cry se utilizan ampliamente en la agricultura como insecticidas. Desde las décadas de 1940 y 1950, se ha utilizado la pulverización de esporas de la bacteria Bacillus thuringiensis , que también produce estas toxinas [9] . Ahora a veces se considera una alternativa a los insecticidas sintéticos.
Variedades genéticamente modificadas de plantas cultivadas han sido creadas y cultivadas desde 1995 , sintetizando Cry-toxinas en sus propios tejidos, principalmente maíz , algodón y patatas [10] .
Una gran cantidad de cepas de este microorganismo están depositadas en la Colección de Microorganismos Industriales de toda Rusia (VKPM) del Instituto Estatal de Investigación de Genética y Mejoramiento de Microorganismos Industriales (GosNII Genetika).