The insecticides secreted by Bacillus thuringiensis : involvment of an ECF sigma factor in beta-exotoxin I production
Les composés insecticides sécrétés par Bacillus thuringiensis : implication d'un facteur sigma de type ECF dans la production de la beta-exotoxine I
Résumé
B. thuringiensis is a bacterium known to be specifically toxic against insects. A large part of its pathogenicity lies in its ability to synthesise insecticidal proteins (delta-endotoxins) that accumulate in the cell in the form of crystals. However, a majority of naturally occurring strains of this bacterium are also capable of secreting compounds that are toxic to insects. Analysis of more than 500 strains for the insecticidal activity of their culture supernatants against Spodoptera littoralis (Lepidoptera) and Anthonomus grandis (Coleoptera), indicates that this toxicity is mainly due to the Vip3 and Cry1I proteins, and to an insecticidal metabolite known as beta-exotoxin. Of the 46% of strains that secrete beta-exotoxin in quantities that can be measured by HPLC, only 10% actually produce the toxin at a level that is potentially toxic to insects. The most toxic strains preferentially contain the cry1B gene, in conjunction with the vip2 gene, confirming the link demonstrated by other authors between toxin production and plasmids carrying the cry genes. However, a study of a 407(Cry-)(Pig+) mutant strain lacking cry plasmids tends to qualify the relationship between beta-exotoxin production and the presence of these plasmids. A mutation in this strain allows significant production of beta-exotoxin (beta-exotoxin I). This production appears to be independent of the plasmids, which may only contain regulatory elements. The search for genetic determinants specifying the toxin (synthesis and/or regulation) in strain 407(Cry-)(Pig+) indicates that the berA and berB genes encoding a homolog of an ABC transporter of the DRI (Drug Resistance and Immunity) type are essential for the production of beta-exotoxin by the bacterium. In addition, an ECF-type sigma factor homologous to B. subtilis sigW is required for toxicity. This transcription factor is activated in strain 407(Cry-)(Pig+), unlike wild-type strain 407, which also produces beta-exotoxin and contains a plasmid carrying the cry1B gene. It appears that this sigma factor (also present in B. cereus and B. anthracis) is involved in one of the pathways activating the production of beta-exotoxin in B. thuringiensis.
B. thuringiensis est une bactérie connue pour être toxique de manière spécifique contre les insectes. Une grande partie de son pouvoir pathogène réside dans sa capacité à synthétiser des protéines insecticides (delta-endotoxines) qui s’accumulent dans la cellule sous la forme de cristaux, Cependant une majorité de souches de cette bactérie présentes dans la nature, sont également capables de secréter des composés toxiques pour les insectes. L’analyse de plus de 500 souches pour l’activité insecticide de leur surnageants de culture contre Spodoptera littoralis (lépidoptère) et Anthonomus grandis (coléoptère), indique que cette toxicité est due principalement aux protéines Vip3 et Cry1I, et à un métabolite insecticide connu sous le nom de beta-exotoxine. Parmi les 46 % des souches qui secrètent la beta-exotoxine à des quantités dosables par HPLC, seulement 10 % produisent réellement la toxine à un niveau potentiellement toxique pour les insectes. Les souches les plus toxiques contiennent préférentiellement le gène cry1B, en liaison avec le gène vip2, ce qui confirme le lien, démontré par d’autres auteurs, existant entre la production de la toxine et les plasmides portant les gènes cry. L’étude d’une souche mutante 407(Cry-)(Pig+) dépourvue de plasmides cry tend cependant à nuancer la relation qui existe entre la production de beta-exotoxine et la présence de ces plasmides. Une mutation permet en effet une production importante de beta-exotoxine (beta-exotoxine I) dans cette souche. Cette production semble s’effectuer de manière indépendante des plasmides, qui en définitive pourraient seulement contenir des éléments de régulation. La recherche de déterminants génétiques spécifiant la toxine (synthèse et/ou régulation) dans la souche 407(Cry-)(Pig+), indique que les gènes berA et berB codant pour un homologue d’ABC transporteur de type DRI (Drug Resistance and Immunity), sont essentiels à la production de la beta-exotoxine par la bactérie. Par ailleurs, un facteur sigma de type ECF homologue de sigW de B. subtilis est nécéssaire à la toxicité. Ce facteur de transcription est activé dans la souche 407(Cry-)(Pig+), à l’inverse de la souche sauvage 407 également productrice de beta-exotoxine, contenant un plasmide portant le gène cry1B. Il semble que ce facteur sigma (présent également chez B. cereus et B. anthracis) est impliqué dans une des voies d’activation de la production de la beta-exotoxine chez B. thuringiensis.