Riesgos asociados a los cultivos transgénicos resistentes a insectos (Bt)

Los cultivos Bt modificados genéticamente se utilizan cada vez más en todo el mundo, pero los efectos secundarios y, especialmente, los efectos subletales en insectos benéficos siguen siendo poco estudiados. Las abejas son insectos beneficiosos para los ecosistemas naturales y cultivados a través de la polinización. El objetivo del presente estudio fue evaluar los efectos potenciales de dos concentraciones de proteína Cry1Ab (3 y 5000 ppb) en abejas adultas jóvenes. Después de un bioensayo complementario, nuestros experimentos evaluaron los efectos del Cry1Ab en tres características principales de la vida de las abejas jóvenes adultas: (a) supervivencia de las abejas durante la exposición subcrónica al Cry1Ab, (b) comportamiento alimentario y (c) rendimiento del aprendizaje en el momento en que las abejas se convierten en forrajeras. El último efecto se probó utilizando el procedimiento de reflejo de extensión de la probóscide (PER). Los mismos efectos también se probaron utilizando un pesticida químico, imidacloprid, como referencia positiva. Las concentraciones probadas de proteína Cry1Ab no causaron efectos letales en las abejas. Sin embargo, el comportamiento de alimentación de las abejas se vio afectado cuando se expuso a la concentración más alta de proteína Cry1Ab, y las abejas se demoraron más en beber el jarabe contaminado. Además, las abejas expuestas a 5000 ppb de Cry1Ab tuvieron perturbaciones en el aprendizaje. Las abejas siguieron respondiendo a un olor condicionado incluso en ausencia de una recompensa de comida. Nuestros resultados muestran que los cultivos transgénicos que expresan la proteína Cry1Ab a 5000 ppb pueden afectar el consumo de alimentos o los procesos de aprendizaje y, por lo tanto, pueden afectar la eficiencia de forrajeo de las abejas. Las implicaciones de estos resultados se discuten en términos de los riesgos de los cultivos Bt transgénicos para las abejas.

Genetically modified Bt crops are increasingly used worldwide but side effects and especially sublethal effects on beneficial insects remain poorly studied. Honey bees are beneficial insects for natural and cultivated ecosystems through pollination. The goal of the present study was to assess potential effects of two concentrations of Cry1Ab protein (3 and 5000 ppb) on young adult honey bees. Following a complementary bioassay, our experiments evaluated effects of the Cry1Ab on three major life traits of young adult honey bees: (a) survival of honey bees during sub-chronic exposure to Cry1Ab, (b) feeding behaviour, and (c) learning performance at the time that honey bees become foragers. The latter effect was tested using the proboscis extension reflex (PER) procedure. The same effects were also tested using a chemical pesticide, imidacloprid, as positive reference. The tested concentrations of Cry1Ab protein did not cause lethal effects on honey bees. However, honey bee feeding behaviour was affected when exposed to the highest concentration of Cry1Ab protein, with honey bees taking longer to imbibe the contaminated syrup. Moreover, honey bees exposed to 5000 ppb of Cry1Ab had disturbed learning performances. Honey bees continued to respond to a conditioned odour even in the absence of a food reward. Our results show that transgenic crops expressing Cry1Ab protein at 5000 ppb may affect food consumption or learning processes and thereby may impact honey bee foraging efficiency. The implications of these results are discussed in terms of risks of transgenic Bt crops for honey bees.

Se estudiaron los efectos de la proteína Cry1Ab insecticida de Bacillus thuringiensis (Bt) en el nematodo Caenorhabditis elegans, con suelo de campos experimentales cultivados con maíz Bt transgénico (MON810) y con la proteína Cry1Ab tripsinizada expresada en Escherichia coli. El contenido de proteína Cry1Ab estaba por encima del límite de detección de una prueba ELISA en solo la mitad de las muestras de suelo obtenidas de parcelas transgénicas, con un rango de 0.19 a 1.31 ng g (-1) de peso seco. En un bioensayo de laboratorio, C. elegans se expuso a la rizosfera y el suelo a granel de campos con maíz isogénico o transgénico o a soluciones de proteína Cry1Ab (0, 24, 41, 63, 118 y 200 mg l (-1)) durante un período de 96 h, con el crecimiento y la reproducción como parámetros de prueba. La reproducción y el crecimiento de los nematodos se redujeron significativamente en rizosfera y en suelo del maíz Bt en comparación con el suelo del maíz isogénico y se correlacionaron significativamente con las concentraciones de la proteína Cry1Ab en las muestras del suelo. Además, la toxicidad de la proteína Cry1Ab pura para la reproducción y el crecimiento de C. elegans fue dependiente de la concentración. Dado que se produjo una inhibición significativa a concentraciones relativamente altas de la proteína Cry1Ab (41 mg l (-1)), los efectos de las muestras de suelo de maíz Bt no pudieron atribuirse directamente a la toxicidad de la proteína Cry1Ab. Los resultados demuestran que los bioensayos con el nematodo, C. elegans, proporcionan una herramienta prometedora para monitorear los efectos potenciales de las toxinas Bt en medios acuosos y suelos.

The effects of the insecticidal Cry1Ab protein from Bacillus thuringiensis (Bt) on the nematode, Caenorhabditis elegans, were studied with soil from experimental fields cultivated with transgenic Bt corn (MON810) and with trypsinized Cry1Ab protein expressed in Escherichia coli. The content of Cry1Ab protein was above the detection limit of an ELISA test in only half of the soil samples obtained from transgenic plots, ranging from 0.19 to 1.31 ng g(-1) dry weight. In a laboratory bioassay, C. elegans was exposed to rhizosphere and bulk soil from fields with isogenic or transgenic corn or to solutions of Cry1Ab protein (0, 24, 41, 63, 118, and 200 mg l(-1)) over a period of 96 h, with growth and reproduction serving as the test parameters. Nematode reproduction and growth were significantly reduced in rhizosphere and bulk soil of Bt corn compared with soil from isogenic corn and were significantly correlated with concentrations of the Cry1Ab protein in the soil samples. Moreover, the toxicity of pure Cry1Ab protein to the reproduction and growth of C. elegans was concentration-dependent. As significant inhibition occurred at relatively high concentrations of the Cry1Ab protein (41 mg l(-1)), the effects of the soil samples from Bt corn could not be assigned directly to the toxicity of the Cry1Ab protein. The results demonstrate that bioassays with the nematode, C. elegans, provide a promising tool for monitoring the potential effects of Bt toxins in aqueous medium and soils.

Para retrasar la evolución de la resistencia de los insectos a los cultivos transgénicos que producen toxinas de Bacillus thuringiensis (Bt), en muchas regiones se requieren de áreas considerados como "refugios" cercanos de plantas hospedantes que no producen toxinas Bt. Estos refugios se esperan sean más efectivos para disminuir la resistencia cuando la concentración de toxina en los cultivos Bt es lo suficientemente alta como para matar a todos o casi todos los insectos heterocigotos para la resistencia. Sin embargo, el maíz Bt, Zea mays, introducido recientemente no cumple con este criterio de "dosis alta" para el control del gusano de la raíz del maíz occidental (GRMO), Diabrotica virgifera virgifera. En el invernadero se utilizó un método para criar GRMO en maíz transgénico que expresaba la proteína Cry3Bb1, en el que aproximadamente el 25% de las larvas no expuestas previamente sobrevivieron en relación con la supervivencia de isolina (en comparación con el 1-4% en el campo). Después de tres generaciones de larvas totales en maíz Bt (colonia de exposición constante), la supervivencia larval de GRMO fue equivalente en maíz Bt y maíz de isolina en ensayos de invernadero, y la CL50 fue 22 veces mayor para la colonia de exposición constante para la colonia de control en bioensayos de dieta con proteínas Cry3Bb1 en dieta artificial. Después de seis generaciones de selección en invernadero, la proporción de recuperación larvaria en maíz Bt a maíz isolina en el campo fue 11.7 veces mayor para la colonia de exposición constante que para la colonia de control. La eliminación de la selección durante seis generaciones no disminuyó la supervivencia en el maíz Bt en el invernadero. Los resultados sugieren que es posible una respuesta rápida a la selección en ausencia de apareamiento con escarabajos no expuestos, enfatizando la importancia de refugios efectivos para el manejo de la resistencia

To delay evolution of insect resistance to transgenic crops producing Bacillus thuringiensis (Bt) toxins, nearby refuges  of host plants not producing Bt toxins are required in many regions. Such refuges are expected to be most effective in slowing resistance when the toxin concentration in Bt crops is high enough to kill all or nearly all insects heterozygous for resistance. However, Bt corn, Zea mays, introduced recently does not meet this high-dose  criterion for control of western corn rootworm (WCR), Diabrotica virgifera virgifera. A greenhouse method of rearing WCR on transgenic corn expressing the Cry3Bb1 protein was used in which approximately 25% of previously unexposed larvae survived relative to isoline survival (compared to 1 4% in the field). After three generations of full larval rearing on Bt corn (Constant-exposure colony), WCR larval survival was equivalent on Bt corn and isoline corn in greenhouse trials, and the LC50 was 22-fold greater for the Constant-exposure colony than for the Control colony in diet bioassays with Cry3Bb1 protein on artificial diet. After six generations of greenhouse selection, the ratio of larval recovery on Bt corn to isoline corn in the field was 11.7-fold greater for the Constant-exposure colony than the Control colony. Removal from selection for six generations did not decrease survival on Bt corn in the greenhouse. The results suggest that rapid response to selection is possible in the absence of mating with unexposed beetles, emphasizing the importance of effective refuges for resistance management Transgenic crops producing Bacillus thuringiensis (Bt) toxins kill some key insect pests and can reduce reliance on insecticide sprays. Sustainable use of such crops requires methods for delaying evolution of resistance by pests. To thwart pest resistance, some transgenic crops produce 2 different Bt toxins targeting the same pest. This pyramid  strategy is expected to work best when selection for resistance to 1 toxin does not cause cross-resistance to the other toxin. The most widely used pyramid is transgenic cotton producing Bt toxins Cry1Ac and Cry2Ab. Cross-resistance between these toxins was presumed unlikely because they bind to different larval midgut target sites. Previous results showed that laboratory selection with Cry1Ac caused little or no cross-resistance to Cry2A toxins in pink bollworm (Pectinophora gossypiella), a major cotton pest. We show here, however, that laboratory selection of pink bollworm with Cry2Ab caused up to 420-fold cross-resistance to Cry1Ac as well as 240-fold resistance to Cry2Ab. Inheritance of resistance to high concentrations of Cry2Ab was recessive. Larvae from a laboratory strain resistant to Cry1Ac and Cry2Ab in diet bioassays survived on cotton bolls producing only Cry1Ac, but not on cotton bolls producing both toxins. Thus, the asymmetrical cross-resistance seen here does not threaten the efficacy of pyramided Bt cotton against pink bollworm. Nonetheless, the results here and previous evidence indicate that cross-resistance occurs between Cry1Ac and Cry2Ab in some key cotton pests. Incorporating the potential effects of such cross-resistance in resistance management plans may help to sustain the efficacy of pyramided Bt crops.

Este estudio evaluó la respuesta inmune intestinal y periférica al maíz modificado genéticamente (GM) en ratones en condiciones vulnerables. Los ratones destetados y viejos fueron alimentados con una dieta que contenía MON810 o su maíz de control parental o una dieta de gránulos que contenía maíz libre de transgénicos durante 30 y 90 días. El inmunofenotipo de los linfocitos intraepiteliales intestinales, del bazo y de la sangre de los ratones alimentados con maíz de control fue similar al de los ratones alimentados con gránulos. En comparación con el maíz de control, el maíz MON810 indujo alteraciones en el porcentaje de células T y B y de las subpoblaciones CD4+, CD8+, γδT y αβT de ratones destetados y viejos alimentados durante 30 o 90 días, respectivamente, en el intestino y sitios periféricos. También se encontró un aumento de IL-6, IL-13, IL-12p70 y MIP-1β en suero después de la alimentación con MON810. Estos resultados sugieren la importancia de la respuesta inmunitaria intestinal y periférica a la ingestión de cultivos transgénicos, así como la edad del consumidor en la evaluación de la seguridad de los transgénicos.

This study evaluated the gut and peripheral immune response to genetically modified (GM) maize in mice in vulnerable conditions. Weaning and old mice were fed a diet containing MON810 or its parental control maize or a pellet diet containing a GM-free maize for 30 and 90 days. The immunophenotype of intestinal intraepithelial, spleen, and blood lymphocytes of control maize fed mice was similar to that of pellet fed mice. As compared to control maize, MON810 maize induced alterations in the percentage of T and B cells and of CD4+, CD8+, γδT, and αβT subpopulations of weaning and old mice fed for 30 or 90 days, respectively, at the gut and peripheral sites. An increase of serum IL-6, IL-13, IL-12p70, and MIP-1β after MON810 feeding was also found. These results suggest the importance of the gut and peripheral immune response to GM crop ingestion as well as the age of the consumer in the GMO safety evaluation.

Los cultivos Bt transgénicos producen proteínas Cry insecticidas que se liberan al suelo en residuos vegetales, exudados de raíces y polen y que pueden afectar a los microorganismos del suelo. Como continuación de los estudios en el laboratorio y en una sala de crecimiento de plantas, se realizó un estudio de campo en la Estación Experimental Rosemount de la Universidad de Minnesota. Tres variedades de maíz Bt que expresan la proteína Cry1Ab, que es tóxica para el barrenador del maíz europeo (Ostrinia nubilalis Hübner), una variedad de maíz Bt que expresa la proteína Cry3Bb1, que es tóxica para el complejo del gusano de la raíz del maíz (Diabrotica spp.), y sus variedades casi isogénicas no-Bt fueron evaluadas por sus efectos sobre la diversidad microbiana mediante técnicas de placa de dilución clásica y moleculares (electroforesis en gel de gradiente de desnaturalización de la reacción en cadena de la polimerasa) y por las actividades de algunas enzimas (arilsulfatasas, fosfatasas ácidas y alcalinas, deshidrogenasas, y proteasas) implicadas en la degradación de la biomasa vegetal. Después de 4 años consecutivos de cultivo de maíz (2003-2006), no hubo, en general, diferencias estadísticamente significativas consistentes en el número de diferentes grupos de microorganismos, las actividades de las enzimas y el pH entre los suelos plantados con maíz Bt y no-Bt. Los números y tipos de microorganismos y actividades enzimáticas diferían con la estación y con las variedades de maíz, pero estas diferencias no estaban relacionadas con la presencia de las proteínas Cry en el suelo. La proteína Cry1Ab del maíz Bt (eventos Bt11 y MON810) se detectó en la mayoría de los suelos durante los 4 años, mientras que la proteína Cry3Bb1 no se detectó en los suelos del maíz Bt (evento MON863) que expresan el gen cry3Bb1.

Transgenic Bt crops produce insecticidal Cry proteins that are released to soil in plant residues, root exudates, and pollen and that may affect soil microorganisms. As a continuation of studies in the laboratory and a plant-growth room, a field study was conducted at the Rosemount Experiment Station of the University of Minnesota. Three Bt corn varieties that express the Cry1Ab protein, which is toxic to the European corn borer (Ostrinia nubilalis Hübner), and one Bt corn variety that expresses the Cry3Bb1 protein, which is toxic to the corn rootworm complex (Diabrotica spp.), and their near-isogenic non-Bt varieties were evaluated for their effects on microbial diversity by classical dilution plating and molecular (polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis) techniques and for the activities of some enzymes (arylsulfatases, acid and alkaline phosphatases, dehydrogenases, and proteases) involved in the degradation of plant biomass. After 4 consecutive years of corn cultivation (2003-2006), there were, in general, no consistent statistically significant differences in the numbers of different groups of microorganisms, the activities of the enzymes, and the pH between soils planted with Bt and non-Bt corn. Numbers and types of microorganisms and enzyme activities differed with season and with the varieties of corn, but these differences were not related to the presence of the Cry proteins in soil. The Cry1Ab protein of Bt corn (events Bt11 and MON810) was detected in most soils during the 4 yr, whereas the Cry3Bb1 protein was not detected in soils of Bt corn (event MON863) expressing the cry3Bb1 gene.

El maíz modificado genéticamente (GM) que expresa la toxina Bt Cry1Ab (maíz Bt) se analizó para determinar los efectos sobre la supervivencia, el crecimiento y la reproducción de la pulga de agua Daphnia magna, un artrópodo crustáceo utilizado comúnmente como organismo modelo en estudios ecotoxicológicos. En tres experimentos repetidos, D. magna se alimentó con maíz molido al 100% en suspensión, utilizando maíz GM o isogénico no modificado (MI). D. magna alimentada con maíz GM mostró un rendimiento físico significativamente reducido: la mortalidad fue mayor, una menor proporción de hembras alcanzó la maduración sexual y la producción total de huevos fue menor en comparación con D. magna alimentada con maíz isogénico MI. Llegamos a la conclusión de que la variedad probada de maíz Bt y su contraparte MI no tienen las mismas cualidades como fuentes de alimentos para este organismo modelo ampliamente utilizado. La combinación de la adecuación reducida combinado con el inicio temprano de la reproducción de D. magna alimentada con maíz Bt indica más un efecto tóxico que un valor nutricional más bajo del maíz GM.

Genetically modified (GM) maize expressing the Bt-toxin Cry1Ab (Bt-maize) was tested for effects on survival, growth, and reproduction of the water flea Daphnia magna, a crustacean arthropod commonly used as a model organism in ecotoxicological studies. In three repeated experiments, D. magna were fed 100% ground maize in suspension, using either GM or isogenic unmodified (UM) maize. D. magna fed GM-maize showed a significantly reduced fitness performance: The mortality was higher, a lower proportion of females reached sexual maturation, and the overall egg production was lower compared to D. magna fed UM isogenic maize. We conclude that the tested variety of Bt-maize and its UM counterpart do not have the same quality as food sources for this widely used model organism. The combination of a reduced fitness performance combined with earlier onset of reproduction of D. magna fed Bt-maize indicates a toxic effect rather than a lower nutritional value of the GM-maize.

Investigamos la dinámica de la disponibilidad de N y P en la rizosfera de cultivos de algodón Bt y no Bt durante su crecimiento. En un experimento con una red de cultivo en macetas en el Instituto de Investigación Agrícola de la India, Nueva Delhi; algodón Bt (cv. MRC ‐ 6301Bt) y su variable casi isolínica no transgénica (MRC ‐ 6301) se cultivaron en un suelo franco arenoso hasta la madurez. También se incluyó un tratamiento de control (sin cultivo). Las muestras de suelo y raíz de la rizosfera se recolectaron a los 60, 90 y 120 días después de la siembra (DAS). Las muestras de suelo se analizaron para determinar la actividad de la deshidrogenasa, la respiración del suelo, el mineral N y el P Olsen. Los resultados han revelado una reducción significativa en la actividad de la deshidrogenasa (−17%) y en la respiración del suelo (−3.5%) en la rizosfera de Bt-algodón sobre la isolínica no Bt. El mineral total ‐ N (NH4 + ‐N + ‐N) en el suelo se redujo en un 14%, mientras que P-Olsen se incrementó en un 8% debido al algodón Bt. Los rendimientos de la biomasa de la raíz no fueron diferentes (P> 0.05), pero el volumen de la raíz fue significativamente mayor en Bt que en la isolinea no Bt. El tiempo de muestreo (P <0.05) afectó los parámetros anteriores, mostrando sus valores más altos a 60 o 90 DAS. También se indicó un efecto interactivo significativo del tiempo de muestreo y los tratamientos. Nuestros resultados sugieren que el algodón Bt puede restringir la disponibilidad de N, pero mejora la disponibilidad de P en estos suelos.

We investigated the dynamics of N and P availability in the rhizosphere of Bt and non‐Btcotton crops during their growth. In a net‐house pot culture experiment at the Indian Agricultural Research Institute, New Delhi, Bt‐cotton (cv. MRC‐6301Bt) and its non‐transgenic near‐isoline (MRC‐6301) were grown on a sandy loam soil until maturity. A control (no‐crop) treatment was also included. Rhizosphere soil and root samples were collected at 60, 90, and 120 days after sowing (DAS). Soil samples were analysed for dehydrogenase activity, soil respiration, mineral‐N and Olsen‐P. Results have revealed a significant reduction in dehydrogenase activity (−17 %) and soil respiration (−3.5 %) in the rhizosphere of Bt‐cotton over non‐Bt isoline. Total mineral‐N (NH4+‐N + ‐N) in soil was reduced by 14 %, whereas Olsen‐P was increased by 8 % because of Bt‐cotton. Root biomass yields were not different (P > 0.05), but root volume was significantly higher in Bt than non‐Bt isoline. Time of sampling strongly (P < 0.05) affected the above parameters, showing their highest values at 60 or 90 DAS. A significant interactive effect of sampling time and treatments was also indicated. Our results suggest that Bt‐cotton may constrain the availability of N, but enhances P‐availability in these soils.

Según informes anteriores, la administración intranasal de la proteína Cry1Ac sola o con lisados ​​amebianos aumenta la protección contra la meningoencefalitis por Naegleria fowleri en ratones, aparentemente al provocar respuestas de IgA en la mucosa nasal. En el presente estudio, realizamos un análisis inmunohistoquímico de IgA en la mucosa nasal de ratones inmunizados por vía intranasal con Cry1Ac y lisados ​​amebianos o una combinación de ambos. Los animales fueron sacrificados 24 h después de la última inmunización o después de un desafío letal intranasal con N. fowleri. Nuestros resultados indican que todas las inmunizaciones intranasales provocaron un aumento de áreas con metaplasia en el epitelio olfatorio, permitiendo la secreción de IgA. Como resultado, se encontró que los anticuerpos IgA interactuaban con los trofozoítos en la luz nasal y hubo un marcado aumento de IgA en el epitelio metaplásico. Por otro lado, en ratones no inmunizados se observaron trofozoítos invadiendo la mucosa nasal, lo que no ocurrió en los ratones inmunizados. Nuestros resultados sugieren que la inmunización intranasal provoca cambios celulares en el epitelio olfatorio, lo que conduce a una mayor protección contra N. fowleri que probablemente esté causada por un aumento de la secreción de IgA. El aumento de la respuesta de IgA inducida en la mucosa nasal por la inmunización probablemente impide tanto la adhesión amebiana como la posterior invasión del parásito al epitelio nasal.

According to previous reports, intranasal administration of the Cry1Ac protein alone or with amoebic lysates increases protection against Naegleria fowleri meningoencephalitis in mice, apparently by eliciting IgA responses in the nasal mucosa. In the current study, we performed an immunohistochemical analysis of IgA in the nasal mucosa of mice immunized intranasally with Cry1Ac, and amoebic lysates or a combination of both. The animals were sacrificed 24 h after the last immunization or after an intranasal lethal challenge with N. fowleri. Our results indicate that all of the intranasal immunizations provoked an increase in areas with metaplasia in the olfactory epithelium, allowing for secretion of IgA. As a result, IgA antibodies were found interacting with trophozoites in the nasal lumen, and there was a marked increase of IgA in the metaplasic epithelium. On the other hand in nonimmunized mice trophozoites were observed invading the nasal mucosa, which was not the case for immunized mice. Our results suggest that intranasal immunization provokes cellular changes in the olfactory epithelium, leading to greater protection against N. fowleri that is probably caused by an increased secretion of IgA. The increased IgA response induced in the nasal mucosa by immunization probably impedes both amoebic adhesion and subsequent invasion of the parasite to the nasal epithelium.

Aunque una gran cantidad de experimentos han examinado las consecuencias ecológicas de los cultivos transgénicos de Bacillus thuringiensis (Bt), continúan los debates sobre los impactos no objetivo de esta tecnología. Las revisiones cuantitativas de los estudios existentes son cruciales para evaluar mejor los riesgos y mejorar las futuras evaluaciones de riesgos. Para fomentar los análisis de riesgo basados en la evidencia, construimos una base de datos de búsqueda para los efectos no objetivo de los cultivos Bt. Un meta análisis de 42 experimentos de campo indica que los invertebrados no objetivo son generalmente más abundantes en los campos de algodón Bt y maíz Bt que en los campos no transgénicos manejados con insecticidas. Sin embargo, en comparación con los campos de control libres de insecticidas, ciertos taxones no objetivo son menos abundantes en los campos Bt

Although scores of experiments have examined the ecological consequences of transgenic Bacillus thuringiensis (Bt) crops, debates continue regarding the nontarget impacts of this technology. Quantitative reviews of existing studies are crucial for better gauging risks and improving future risk assessments. To encourage evidence-based risk analyses, we constructed a searchable database for nontarget effects of Bt crops. A meta-analysis of 42 field experiments indicates that nontarget invertebrates are generally more abundant in Bt cotton and Bt maize fields than in nontransgenic fields managed with insecticides. However, in comparison with insecticide-free control fields, certain nontarget taxa are less abundant in Bt fields

Las toxinas formadoras de poros son armas biológicas producidas por una variedad de organismos vivos, particularmente bacterias, pero también por insectos, reptiles e invertebrados. Estas proteínas afectan la membrana celular de su objetivo interrumpiendo la permeabilidad y eventualmente llevando a la muerte celular. Las toxinas formadoras de poros típicamente se transforman de proteínas solubles monoméricas a oligómeros que forman canales transmembrana. Las toxinas Cry producidas por Bacillus thuringiensis son ampliamente utilizadas como insecticidas. Estas proteínas han sido reconocidas como toxinas formadoras de poros, y su acción principal es lisar las células epiteliales del intestino medio en su insecto objetivo. Para ejercer su efecto tóxico, se forma un preporo oligomérico intermedio que conduce finalmente a poros oligoméricos insertados en la membrana. Para comprender el papel de la formación de pre-poros oligoméricos de Cry en la actividad insecticida, aislamos mutaciones puntuales que afectaron la oligomerización de la toxina, pero no su unión con el receptor Bt-R (1) similar a la cadherina. Mostramos que la hélice alfa-3 en el dominio I contiene secuencias que podrían formar estructuras de bobina enrollada importantes para la oligomerización. Algunos mutantes puntuales en esta hélice se unieron a los receptores Bt-R (1) con afinidad similar a la toxina de tipo salvaje, pero se vieron afectados en la oligomerización y se vieron afectados severamente en la formación de poros y la toxicidad contra las larvas de Manduca sexta. Estos datos indican que el oligómero pre-poro y la formación de poros de toxinas juegan un papel importante en el proceso de intoxicación de la toxina Cry1Ab en larvas de insectos.

Pore-forming toxins are biological weapons produced by a variety of living organisms, particularly bacteria but also by insects, reptiles, and invertebrates. These proteins affect the cell membrane of their target, disrupting permeability and leading eventually to cell death. The pore-forming toxins typically transform from soluble, monomeric proteins to oligomers that form transmembrane channels. The Cry toxins produced by Bacillus thuringiensis are widely used as insecticides. These proteins have been recognized as pore-forming toxins, and their primary action is to lyse midgut epithelial cells in their target insect. To exert their toxic effect, a prepore oligomeric intermediate is formed leading finally to membrane-inserted oligomeric pores. To understand the role of Cry oligomeric pre-pore formation in the insecticidal activity we isolated point mutations that affected toxin oligomerization but not their binding with the cadherin-like, Bt-R(1) receptor. We show the helix alpha-3 in domain I contains sequences that could form coiled-coil structures important for oligomerization. Some single point mutants in this helix bound Bt-R(1) receptors with similar affinity as the wild-type toxin, but were affected in oligomerization and were severally impaired in pore formation and toxicity against Manduca sexta larvae. These data indicate the pre-pore oligomer and the toxin pore formation play a major role in the intoxication process of Cry1Ab toxin in insect larvae.