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Jun 07, 2023

Danno anatomico causato dal Bacillus thuringiensis varietà israelensis nelle larve della zanzara della febbre gialla Aedes a Egypti (L.) rivelato da micro

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8759 (2023) Citare questo articolo

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Con tecniche di tomografia microcomputerizzata, utilizzando il contrasto di fase dell'algoritmo di recupero di fase a distanza singola, abbiamo ricostruito immagini renderizzate migliorate dei tessuti molli delle larve di quarto stadio di Aedes aeqypti dopo il trattamento con Bti. A differenza delle precedenti pubblicazioni basate sulla microscopia convenzionale, sia ottica che elettronica, che si limitavano a studi parziali, per lo più sotto forma di sezioni istologiche, qui mostriamo per la prima volta gli effetti della Bti sull'anatomia interna completa di un insetto . Utilizzando immagini renderizzate in 3D è stato possibile studiare l'effetto del batterio nei tessuti e negli organi, non solo in sezioni ma anche nel loro insieme. Abbiamo confrontato l'anatomia delle larve sane con i cambiamenti subiti nelle larve dopo essere state esposte a Bti (per 30 minuti, 1 ora e 6 ore) e osservato il danno progressivo prodotto da Bti. È stato confermato il danno agli epiteli dell'intestino medio, con progressivo rigonfiamento degli enterociti, ispessimento degli epiteli, aumento degli spazi vacuolari e infine lisi cellulare, con produzione di aperture nelle pareti dell'intestino medio. Allo stesso tempo, le larve hanno alterato la loro motilità, rendendo loro difficile risalire in superficie e posizionare correttamente il sifone respiratorio per rompere la tensione superficiale e respirare. Internamente si sono osservati fenomeni di shock osmotico con conseguente deformazione della forma della sezione trasversale, producendo la comparsa di un ampio spazio interno tra la cuticola e le strutture interne ed un progressivo collasso dei tronchi tracheali. Nel loro insieme, questi risultati indicano la morte delle larve, non per fame come conseguenza della distruzione degli epiteli del tubo digerente come precedentemente affermato, ma per un processo sinergico catastrofico multifattoriale oltre all'asfissia dovuta alla mancanza di adeguate lo scambio di gas.

Il Bacillus thuringiensis (Bt) fu scoperto per la prima volta nel 1901 da Shigetane Ishiwata che isolò un batterio da larve morte di bachi da seta mentre stava indagando sulla causa della cosiddetta "malattia del sotto" (malattia del collasso improvviso). Chiamò il batterio Bacillus sotto1. Diversi anni dopo, Ernst Berliner isolò un ceppo correlato dalle larve morte di falena della farina mediterranea trovate in un mulino in Turingia, e da allora in poi chiamò appropriatamente il batterio B. thuringiensis. Questo autore ha anche osservato che una soluzione di tossine Bt cristallizzate era altamente efficace contro alcuni parassiti delle colture2,3,4.

Bt è un batterio Gram-positivo che forma spore presente in tutto il mondo e in tutti gli ecosistemi testati5. Durante la sporulazione, i ceppi Bt sintetizzano tossine proteiche cristalline (Cry) e citolitiche (Cyt) chiamate δ-endotossine come corpi parasporali, che sono tossici per molti insetti6,7. È stato dimostrato che quando le larve di insetti ingeriscono questi cristalli proteici, questi vengono solubilizzati dall'ambiente alcalino dell'intestino medio e le protossine vengono attivate dagli enzimi digestivi provocando pori nella membrana cellulare del tubo digerente, con conseguenze letali per gli insetti, cioè : Rif.8,9.

La prima produzione commerciale di Bt come insetticida fu segnalata nel 1938 in Francia e venduta con il nome "Sporéine", e da allora il suo utilizzo nello sviluppo di prodotti avanzati è andato costantemente aumentando10. Angus, utilizzando larve di baco da seta (Bombyx mori) e un ceppo della sottospecie Bt sotto, fu il primo a dimostrare che la tossina Cry era il principale agente insetticida11, e successivamente fu dimostrato che l’epitelio intestinale era il sito d’azione della tossina δ -endotossine12. Al giorno d'oggi, le proteine ​​Cry sono state testate per colpire diverse specie di diversi ordini di insetti e alcuni altri invertebrati come acari e nematodi13. Sebbene esista una controversia di lunga data sull’esistenza di rischi di effetti a lungo termine sugli ecosistemi derivanti dal rilascio indiscriminato di Bt in natura14,15,16, i prodotti Bt sono considerati un’alternativa molto migliore rispetto agli insetticidi chimici data la loro specificità e biodegradabilità .