BT toxin is produced by a soil bacterium Bacillus thuringiensis and has long been used as a biological insecticide without any competition. Recently, Photorhabdus, a symbiotic bacterium from entomopathogenic nematodes, family Heterorhabditae, has been researched and discussed as alternatives to B. thuringiensis. Photorhabdus, which lives in the gut of entomopathogenic nematodes, is a highly virulent pathogen of a wide range of insect larvae. When an insect is infected by the nematodes, the bacteria are released into the cadaver, and produce a number of insecticidal toxins. The biological role of the different Photorhabdus toxins in the infection process is still unclear. Photorhabdus toxin complex (Tc) is highly secreted gut-active toxin and has been characterized as a potent three-component (A, B and C) insecticidal protein complex. These components are necessary for full oral activity against insect larvae. The Photorhabdus PirAB binary toxins exhibit a potent injectable activity for Galleria mellonella larvae, and have oral toxicity against mosquitoes and caterpillar pest Plutella xylostella. Other toxin, 'makes caterpillars floppy' (Mcf) showed injectable activity on caterpillars. Recombinant Mcf triggers apoptosis in both insect hemocytes and the midgut epithelium and carries a BH3 domain. In this review, the relationship between the Photorhabdus and the nematode is discussed and recent important insecticidal toxins from Photorhabdus are described.
Insecticidal crystalline toxin producing Bacillus thuringiensis BT17 strain was isolated and identified as B. thuringiensis serovar colmeri by 16S rRNA analysis. BT17 strain produced crystalline ${\delta}$-endotoxin against to Lepidopteran larvae effectively on the culture broth of soybean meal and skim milk, $30^{\circ}C$ and 36 h shaking culture of 280 rpm. The maximum colony forming unit achieved when the culture was continued for 24 h, but the number of crystals increased until 36 h in the 200 L fermentor. Liquid type of biological insecticide product was made, and after 3 months storage in $20^{\circ}C$ the number of crystals was increased up to twice than beginning. Biocontrol effect of BT17 insecticide product was better in Plutella xylostella than in Spodoptera exigua, and the toxicity to animals was negligible.
Choi, Jae-Young;Li, Ming Shun;Shim, Hee-Jin;Roh, Jong-Yul;Woo, Soo-Song;Jin, Byung-Rae;Boo, Kyung-Saeng;Je, Yeon-Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.17
no.9
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pp.1498-1503
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2007
To identify novel crystal proteins, Bacillus thuringiensis 2385-1 was isolated from Korean soil samples and characterized. The H-serotype of 2385-1 was identical to that of subsp. kenyae (H4a4c), and its crystal toxin was bipyramidal-shaped. However, 2385-1 showed a much higher toxicity towards Plutella xylostella and Spodoptera exigua larvae than subsp. kenyae. In addition, the crystal protein profile and plasmid DNA pattern of 2385-1 differed from those of subsp. kenyae. To verify the crystal protein gene types of 2385-1, a PCR-RFLP analysis was performed, and the results revealed that 2385-1 contained two novel cry1-type crystal protein genes, cryl-5 and cry1-12, in addition to the crylJal gene. The deduced amino acid sequences of cryl-5 and cry1-12 showed a 97.9% and 75.7% sequence similarity with the CrylAb and CrylJa crystal proteins, respectively. Among the novel crystal proteins, Cry1-5 showed a high toxicity towards P. xylostella and S. exigua larvae. In conclusion, B. thuringiensis 2385-1 is a new isolate in terms of its gene types, and should be a promising source for an insecticide to control lepidopteran larvae.
The solubilization and proteolytic process of $\delta $-endotoxin was analvsed to compare the biochemical property of the toxin isolated from B. thuringiensis subsp. sotto. The purified crystals were dissolved in 50 mM carbonate buffer containing 10 mM dithiothreitol at pH 10 for various times. The electrophoretic pattern showed that a rapid disappearance of 138 kDa protein band. This disappearance of protein with high molecular weight was accompanied by the appearance of new protein fragment with 104 kDa, 60 kDa, and 25 kDa. For proteolvtic processing, the soluble crystals were digested with trypsin for various times. The soluble crystal protein of 104 kDa was completely disappeared. However, the protein fragment of 60 kDa and 25 kDa still remained after complete proteolysis. The comparative immunoblot analysis showed that the antiserum against intact crystals showed strong immunoreactivity to the homologous inclusion protein of 138 kDa, 104 kDa, and 25 kDa, and to the intact spores of 221 kDa and 138 kDa, but not to the vegetative cell homogenate. The sera against crystals and spores had no immunoreactivity to the vegetative cell homogenate.
This report was investigate the biological characteristic of $\delta$-endotoxin of product by TH109 strain, one strain TH109 which has toxicity on Cockroach is isolate and identification. Generally the $\delta$-endotoxin of product by 3. thuringiensis strain was easily soluble in acid, alkaline and organic solvents but $\delta$-endotoxin of product by TH109 strain are insoluble in HCI, NaOH Thiol- reagent(25mM Dithiotheritol, 25mM Dithioeryritol, 25mM Nathioglycolate, 0.2M ESCN, 2% v/v $\beta$-mecaptethanol), organic solvents( acetone, $CCI_{4}$, ether, dioxin MeOH chloroforrh xylene ), Protease. Through this study of $\delta$-endotoxin produced by TH109 strain is insoluble in acid, alkaline, organic solvents and pretense etc. In the point of view, it is greater possibility that $\delta$-endotoxin will be transform into toxin by the reducible materials instead of the reaction of protease in the intestine.
Vegetative insecticidal proteins (Vips) are insecticidal proteins synthesized by Bacillus thuringiensis during the vegetative stage of growth. In this study, Vip3Aa protein, obtained by in vitro expression of the vip3Aa gene from B. thuringiensis WB5, displayed high insecticidal activity against Spodoptera litura aside from Spodoptera exigua and Helicoverpa armigera. Bioassay results showed that the toxicity of Vip3Aa protein against S. litura larvae statistically decreased along with the increase of the age of the larvae, with LC50 = 2.609 ng/cm2 for neonatal larvae, LC50 = 28.778 ng/cm2 for first instar larvae, LC50 = 70.460 ng/cm2 for second instar larvae, and LC50 = 200.627 ng/cm2 for third instar larvae. The accumulative mortality of 100% larvae appeared at 72 h for all instars of S. litura larvae, when feeding respectively with 83.22, 213.04, 341.40, and 613.20 ng/cm2 of Vip3Aa toxin to the neonatal and first to third instar larvae. The histopathological effects of Vip3Aa toxin on the midgut epithelial cells of S. litura larvae was also investigated. The TEM observations showed wide damage of the epithelial cell in the midgut of S. litura larvae fed with Vip3Aa toxin.
Receptor binding plays an important role in determining host specificity of the Bacillus thuringiensis Cry $\delta$-endotoxins. Mutations in domains II and III have suggested the participation of certain residues in receptor recognition and insect specificity. In the present study, we expressed the cloned domain II-III fragment of Cry4Ba and examined its binding characteristics to mosquito-larval midgut proteins. The 43-kDa Cry4Ba-domain II-III protein over-expressed in Escherichia coli as inclusion bodies was only soluble when carbonate buffer, pH 10.0 was supplemented with 4M urea. After renaturation via stepwise dialysis and subsequent purification, the refolded domain II-III protein, which specifically reacts with anti Cry4Ba-domain III monoclonal antibody, predominantly exists as a $\beta$-sheet structure determined by circular dichroism spectroscopy. In vitro binding analysis to both histological midgut tissue sections and brush border membrane proteins prepared from susceptible Aedes aegypti mosquito-larvae revealed that the isolated Cry4Ba-domain II-III protein showed binding functionality comparable to the 65-kDa full-length active toxin. Altogether, the data present the 43-kDa Cry4Ba fragment comprising domains II and III that was produced in isolation was able to retain its receptor-binding characteristics to the target larval midgut proteins.
Tryptic activation of the 130-kDa Bacillus thuringiensis Cry4B $\delta$-endotoxin produced protease-resistant products of ca. 47 kDa and ca. 21 kDa. The 21-kDa fragment was identified as the N-terminal five-helix bundle (${\alpha}1-{\alpha}5$,) which is a potential candidate for membrane insertion and pore formation. In this study, we constructed the recombinant clone over-expressing this putative pore-forming (PPF) fragment as inclusion bodies in Escherichia coli. The partially purified inclusions were composed of a 23-kDa protein, which cross-reacted with Cry4B antibodies, and whose N-terminus was identical to that of the 130-kDa protein. Dissimilar to protoxin inclusions, the PPF inclusions were only soluble when the carbonate buffer, pH 9.0, was supplemented with 6 M urea. After renaturation via a stepwise dialysis, the refolded PPF protein appeared to exist as an oligomer and was structurally stable upon trypsin treatment. Unlike the 130kDa protoxin, the refolded protein was able to release entrapped glucose from liposomes, and showed comparable activity to the full-length activated toxin, although it lacks larvicidal activity These results, therefore, support the notion that the PPF fragment that consists of ${\alpha}1-{\alpha}5$ of the activated Cry4B toxin is involved in membrane pore-formation.
SHIN, BYUNG SIK;BON TAG KOO;SEUNG HWAN PARK;HO YONG PARK;JEONG IL KIM
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.1
no.4
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pp.240-245
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1991
We have constructed a promoter-probe vector pKU20 using pKT230, a derivative of broad-host-range plsmid RSF1010, as a base. The pKU20 contains structural gene for aminoglycoside phos-photransferase (aph), without promoter, and a multiple cloning site upstream the aph. Using this vector, a 412base pairs (bp) PstI fragment showing strong promoter activity both in Escherichia coli LE392 and Pseudomonas putida KCTC1644 has been cloned from Pseudomonas fluorescens chromosomal DNA on the basis of streptomycin resistance. The nucleotide sequence of the 412 bp fragment has been determined and the putative - 35 and -10 region was observed. Insecticidal protein gene of Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki HD-73 inserted on downstream of the promoterlike DNA fragment was efficiently expressed in E. coli and P. putida. The toxin protein was efficiently synthesized in an insoluble form in both strains.
Proceedings of the Korean Society of Sericultural Science Conference
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2003.10a
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pp.114-115
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2003
A Bacillus thuringiensis isolate, Bt 2385-1, which showed toxicity to lepidopteran, was isolated from Korean soil sample and characterized. PCR-RFLP showed that this isolate contains two novel cryl-type crystal protein genes. In this study, we designed cryl-type specific primer set (ATG1-F and N400-R) to clone the toxic domain of the all cryl-type genes. The two novel rlyl-type toxin genes in addition to crylJal gene were cloned and sequenced. (omitted)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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