Cry toxiny (z krystalových toxinů ; δ-endotoxiny , BT-toxiny ) jsou proteinové toxiny produkované bakterií Bacillus thuringiensis .
Bacillus thuringiensis je rozšířená aerobní grampozitivní bakterie , která je schopná sporulace. Tento mikroorganismus tvoří při sporulaci krystalické inkluze tvořené proteinovými toxiny specifickými pro tento druh (tzv. Cry proteiny). Krystaly jsou bipyramidového, krychlového nebo kulatého tvaru a jsou umístěny ve sporangiu na konci buňky protilehlé ke sporu. V současné době je známo více než 60 poddruhů Bacillus thuringiensis , z nichž každý produkuje toxiny, které mají insekticidní účinek na různé skupiny třídy Insecta (Hmyz). Jsou známy s vysokou specificitou toxiny, které zabíjejí jednotlivé zástupce řádů Lepidoptera (Lepidoptera) (čeledi Cry1 a Cry9), Coleoptera (Coleoptera) (čeleď Cry3) a Diptera (Diptera) (čeledi Cry4 a Cry11) v larválním stádiu. Endotoxiny Cry2 mají dvojí specificitu pro Lepidoptera a Diptera [1] [2] .
Většina insekticidních proteinů má molekulovou hmotnost 130-145 kDa (zástupci rodin Cry1, Cry4, Cry9 atd.). Jakmile se ocitnou ve střevech hmyzu, jsou vystaveny působení tam přítomných proteináz , které tvoří fragmenty o velikosti 60-70 kDa, které jsou odolné vůči další proteolýze – takzvané „pravé toxiny“. Tyto proteiny vykazují dobře definovanou doménovou strukturu. C-koncová oblast je mezi různými třídami entomocidních proteinů spíše konzervovaná. Během proteolýzy se snadno degraduje odštěpením malých fragmentů s molekulovou hmotností 15-35 kDa, které zase rychle podléhají další hydrolýze. N-terminální oblast (odpovídající "skutečnému toxinu") je relativně odolná vůči proteolýze a mnohem variabilnější napříč proteiny než C-terminální oblast. Původní 130–145 kDa proteiny jsou tedy prototoxiny, které vyžadují aktivaci proteinázami střevní šťávy hmyzu. Skupina toxinů, do které patří členové rodin Cry2, Cry3, Cry10 a Cry11, zahrnuje proteiny s molekulovou hmotností 60-70 kDa. Ve své primární struktuře se podobají N-terminálním oblastem („skutečné toxiny“) 130-145 kDa proteinů. Navzdory skutečnosti, že tyto proteiny sdílejí pouze asi 30% identitu aminokyselinové sekvence, jejich terciární struktury jsou podobné. Cry toxiny jsou globulární proteiny tvořené třemi odlišnými doménami. Doména I má plně α-helikální strukturu. Doména II se skládá ze tří antiparalelních β-vrstev a dvou krátkých α-helixů. Doména III je β-sendvič dvou antiparalelních β-vrstev. [3] [4] [5] [6]
Když se proteinový krystal dostane do střeva hmyzu, rozpustí se v alkalickém prostředí střevní šťávy ( pH 9,5-10,5); rozpuštěné prototoxiny jsou aktivovány proteolytickými enzymy podobnými trypsinu a chymotrypsinu ve střevech hmyzu na "skutečné toxiny". Krystalové proteiny jsou tedy prototoxiny, pro jejich přechod do toxické formy je nutné působení trávicí šťávy hostitelského zvířete. Dalším stupněm toxického účinku je navázání „skutečného toxinu“ na jeho afinitní protein (receptor) vystavený na povrchu apikálních membrán střevních epiteliálních buněk. V této fázi je vazba toxinu na receptor reverzibilní. Vazba na receptor způsobuje významné konformační změny v molekule toxinu, načež alfa helixy její N-koncové domény tvoří póry nebo iontový kanál v buněčné membráně, což vede k buněčné smrti v důsledku ztráty homeostázy. Po destrukci střevního epitelu se bakteriální buňky dostanou do hemolymfy bohaté na živiny hmyzu , kde se množí [7] [8] .
Cry toxiny jsou široce používány v zemědělství jako insekticidy. Od 40. do 50. let 20. století se používá postřik spór bakterie Bacillus thuringiensis , která tyto toxiny rovněž produkuje [9] . Nyní je někdy považován za alternativu k syntetickým insekticidům.
Od roku 1995 jsou vytvářeny a pěstovány geneticky modifikované odrůdy kulturních rostlin , které syntetizují Cry-toxiny ve vlastních tkáních – především kukuřici , bavlně a bramborách [10] .
Velké množství kmenů tohoto mikroorganismu je uloženo ve Celoruské sbírce průmyslových mikroorganismů (VKPM) Státního výzkumného ústavu genetiky a šlechtění průmyslových mikroorganismů (GosNII Genetika).