КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 17-76-10038

НазваниеРоль ключевых факторов вирулентности энтомопатогенных бактерий Bacillus thuringiensis в развитии инфекционного процесса у насекомых вредителей сельского хозяйства

РуководительГризанова Екатерина Валерьевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный аграрный университет", Новосибирская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2017 - 06.2019

Конкурс№23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые словабиологический метод, защита растений, механизмы устойчивости, патогенез, бактерии, Bacillus thuringiensis, факторы вирулентности, кишечные бактериозы, антибактериальная система, антиоксидантная и детоксицирующая система

Код ГРНТИ68.37.00

СтатусУспешно завершен

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Бактерии рода Bacillus широко используются в биологической защите растений от насекомых- вредителей сельского и лесного хозяйства, в медицинской и ветеринарной биотехнологии в качестве продуцентов биологически активных веществ, ферментов, антибиотиков, а также, являясь пробиотическими микроорганизмами, входят в состав лекарственных средств и биологически активных добавок для человека и животных (Азизбекян, 2013, Семенов С., Былгаева А., 2015). Одним из широко известных представителей данного рода бактерий является вид Bacillus thuringiensis (БТ). Эти бактерии являются распространенным возбудителем бактериальных болезней насекомых в природе и наиболее активно используются в настоящее время, как основа биопрепаратов для защиты растений от различных отрядов насекомых - вредителей. В состав основных биопрепаратов, на основе БТ, входят споры и кристаллический белковый эндотоксин бактерий. Принято считать, что основной вклад в развитие патогенеза вносит эндотоксин. При попадании в кишечник насекомых происходит растворение кристалла эндотоксина под действием щелочных условий до протоксина, затем активация токсина протеолитическим ферментами кишечника, после чего активированный токсин связывается с рецепторами на поверхности эпителиальных клеток кишечника, что приводит к образованию пор в клетке и ее последующей гибели (Bravo et al., 2005; Jurat-Fuentes et al., 2006; Pigott, Ellar, 2007). Если, в целом, механизм активации и действия эндотоксинов на кишечник хорошо изучен на различных уровнях (биохимическом, молекулярном), то вопрос о роли спор в развитии инфекционного процесса остается до конца не раскрытым. Известно, что при прорастании спор во время вегетативного роста бактерии синтезируют ряд токсинов, которые так же обладают инсектицидным действием. Однако, существует мнение, что в организме насекомых бактерии БТ способны размножаться только через 48 часов (Frankenhuyzen et al., 2010). Ряд исследований о синергетическом действии спор, усиливающем бактериальную инфекцию, были сделаны несколько десятилетий назад, однако механизм синергетического действия до сих пор остается не раскрытым (LI et al., 1987; Moar et al., 1989; Johnson and McGaughey, 1996; Liu et al., 1998). При реализации проекта, впервые, будет изучено влияние ключевых факторов вирулентности бактерий БТ, при совместном и раздельном инфицировании насекомых спорами и кристаллами, на активность защитных реакций антиоксидантной и детоксицирующей систем в кишечнике, а также иммунных реакций в гемоцеле насекомых. Важным аспектом снижения эффективности биологических препаратов на основе БТ является формирование устойчивых к бактериям популяций насекомых вредителей. Формирование устойчивости насекомых может происходить, как за счет генетических изменений в популяции - мутаций, так и за счет усиления активности защитных реакций в организме насекомых (Gunning et al., 2005; Basset et al., 2000; Vallet-Gely et al., 2008). Поскольку бактерии B. thuringiensis попадают в организм насекомых при питании зараженной пищей, то и развитие инфекционного процесса происходит в кишечнике. Соответственно, первым барьером на пути развития инфекции будут служить защитные реакции в кишечнике насекомых (Dubovskiy et al., 2008; Dubovskiy et al., 2016). В рамках данного проекта будут подобраны дополнительные агенты, усиливающие течение заболевания, и, таким образом, повышающие эффективность биопрепаратов. Кроме того, опираясь на результаты недавних исследований о влиянии иммуносупрессоров на чувствительность насекомых к бактериям, также можно предположить участие иммунных реакций в защите насекомых от кишечной бактериальной инфекции (Kwon, Kim, 2007; Richards and Dani, 2010; Shrestha, 2010; Broderick et al., 2010; Grizanova et al., 2014; Dubovskiy et al., 2016). Таким образом, данный проект будет посвящен изучению защитных реакций насекомых к активно используемым при разработке биоинсектицидов энтомопатогенным бактериям Bacillus thuringiensis. Исследования будут выполнены на важнейших насекомых вредителях сельского хозяйства (колорадский жук Leptinotarsa decemlineata капустная совка Mamestra brassicae, луговой мотылек Loxostege sticticalis), а также вредителе пчеловодства и широко используемом модельном виде, вощинной огневке (Galleria mellonella). При помощи современных биохимических и молекулярно-генетических методов будет определена активность основных компонентов кишечного иммунитета (антиоксидантная и детоксицирующая системы, антимикробные белки, стресс белки (HSP90), уровень регенерации и репарации) при развитии бактериальной кишечной инфекции, вызванной бактериями B. thuringiensis. Будет изучено отдельное влияние различных факторов вирулентности бактерий - спор и кристаллического токсина бактерий B. thuringiensis на течение инфекционного процесса. Будет проведен подбор и изучение потенциально перспективных веществ, способных ингибировать защитные реакции насекомых, с целью усиления развития бактериальной инфекции, вызванной бактериями B. thuringiensis, что позволит повысить эффективность биологических инсектицидов.

Ожидаемые результаты
При реализации проекта будут получены оригинальные данные об основных защитных реакциях насекомых при заражении энтомопатогенными бактериями B. thuringiensis. В частности, будут получены данные об уровне генерации активированных кислородных метаболитов (АКМ) и с помощью спектрофотометрических и спекрофлуорометрических методов будет проведена оценка активности компонентов антиоксидантной и детоксицирующей систем (каталаза, соотношение окисленных и восстановленных тиолов, глутатионтрансфераз, неспецифических эстераз) в кишечнике насекомых, т.е. непосредственно в месте проникновения и развития бактериальной инфекции БТ (Krykova et al., 2011; Dubovskiy et al., 2011). С помощью метода ПЦР в реальном времени будут получены данные об изменении уровня экспрессии генов, отвечающих за синтез антибактриальных белков (галлеримицин, галеомицин, гловерин, цекропинД, 6-tox) и белков стресса (HSP90, HSP70), как при системном иммунном ответе – в жировом теле, так и при локальном – в ткани кишечника насекомых. Будет установлено, как могут влиять ключевые факторы вирулентности бактерий БТ - споры и кристаллы - на активность защитных реакций антиоксидантной и детоксицирующей систем в кишечнике, а также иммунных реакций в гемоцеле насекомых. Будут подобраны вещества природного происхождения для усиления течения бактериальной инфекции, а так же для подавления ключевых защитных систем насекомых, с целью повышения эффективности биопрепаратов на основе бактерий B. thuringiensis. Полученные результаты позволят определить вклад защитных реакций в формирование резистентности насекомых к бактериям B. thuringiensis и разработать рекомендации для создания новых комбинированных биоинсектицидов на основе метаболитов данных бактерий и адъювантов. Результаты исследований, проведенных в рамках данной тематики, могут быть использованы в области защиты растений, энтомологии, микробиологии, паразитологии, а также для опытно-конструкторских работ при создании и совершенствовании биологических препаратов на основе энтомопатогенных бактерий Bacillus thuringiensis, благодаря введению дополнительных агентов, подавляющих защитные реакции насекомых вредителей сельского хозяйства. Полученные результаты могут быть использованы и при планировании интегрированной защиты растений, а также при применении химических инсектицидов. С фундаментальной точки зрения, полученные данные служат основой для понимания глубоких и тонких механизмов формирования устойчивости у насекомых к биологическим агентам контроля численности насекомых - бактериям рода Bacillus.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---