Recombinant bacteria for mosquito control

Abstract

SUMMARY Bacterial insecticides have been used for the control of nuisance and vector mosquitoes for more than two decades. Nevertheless, due primarily to their high cost and often only moderate efficacy, these insecticides remain of limited use in tropical countries where mosquito-borne diseases are prevalent. Recently, however, recombinant DNA techniques have been used to improve bacterial insecticide efficacy by markedly increasing the synthesis of mosquitocidal proteins and by enabling new endotoxin combinations from different bacteria to be produced within single strains. These new strains combine mosquitocidal Cry and Cyt proteins of Bacillus thuringiensiswith the binary toxin of Bacillus sphaericus, improving efficacy against Culex species by 10-fold and greatly reducing the potential for resistance through the presence of Cyt1A. Moreover, although intensive use of B. sphaericus against Culex populations in the field can result in high levels of resistance, most of this can be suppressed by combining this bacterial species with Cyt1A; the latter enables the binary toxin of this species to enter midgut epithelial cells via the microvillar membrane in the absence of a midgut receptor. The availability of these novel strains and newly discovered mosquitocidal proteins, such as the Mtx toxins of B. sphaericus, offers the potential for constructing a range of recombinant bacterial insecticides for more effective control of the mosquito vectors of filariasis, Dengue fever and malaria.

Bacterial strategies to overcome insect defences

“…Pasteur managed to identify the parasite that was causing the epidemic (Nosema bombycis, a microsporidia that is found in the haemolymph and is transmitted vertically) and his recommendations saved the silk industry. Another factor that has motivated studies of entomopathogenic microorganisms is the need to develop strategies that are based on microbial pathogens to eradicate pest insects 2 .…”

Estrategias para la utilización de la bacteria entomopatógena Bacillus thuringiensis (Berliner) en el control de Ceratitis capitata (Wiedemann)

“…isralensis (Bti) sobre mosquitos (Federici et al, 2003;Sayyed et al, 2001;Wirth et al, 2007). Recientemente se ha descrito un mecanismo que explicaría la sinergia de Cyt con las toxinas Cry de Bti: las toxinas Cyt1Aa unidas a la membrana podrían actuar como segundos receptores para la toxina Cry11A, que interaccionaría con ellos exactamente en las mismas regiones de su estructura donde lo hace con los receptores del insecto, como ALP, favoreciendo así la formación del poro (Figura 1.12) (Pérez et al, 2005; Soberón et al., 2007a -LeRoux, 2000).…”

“…Sin embargo, en condiciones in vitro Cyt muestra actividad citolítica sobre muchas tipos de células de insectos y mamíferos; incluyendo eritrocitos, Introducción 41 linfocitos y fibroblastos (Butko, 2003). Como ocurre con su mecanismo de acción, los factores determinantes de la especificidad que Cyt muestra in vivo no son bien conocidos.Figura 1.12 Funcionamiento de Cyt1Aa como receptor de membrana de Cry11Aa (Soberón et al, 2007a) Uno de los aspectos más estudiados de las toxinas Cyt es su capacidad sinérgica al combinarlas con otras toxinas Cry, en especial con las toxinas de B. thuringiensis subsp.isralensis (Bti) sobre mosquitos (Federici et al, 2003;Sayyed et al, 2001;Wirth et al, 2007). Recientemente se ha descrito un mecanismo que explicaría la sinergia de Cyt con las toxinas Cry de Bti: las toxinas Cyt1Aa unidas a la membrana podrían actuar como segundos receptores para la toxina Cry11A, que interaccionaría con ellos exactamente en las mismas regiones de su estructura donde lo hace con los receptores del insecto, como ALP, favoreciendo así la formación del poro (Figura 1.12) (Pérez et al, 2005; Soberón et al., 2007a -LeRoux, 2000).…”

“…Recientemente se ha descrito un mecanismo que explicaría la sinergia de Cyt con las toxinas Cry de Bti: las toxinas Cyt1Aa unidas a la membrana podrían actuar como segundos receptores para la toxina Cry11A, que interaccionaría con ellos exactamente en las mismas regiones de su estructura donde lo hace con los receptores del insecto, como ALP, favoreciendo así la formación del poro (Figura 1.12) (Pérez et al, 2005; Soberón et al., 2007a -LeRoux, 2000). El rango de concentración letal 50 (CL 50 ) sobre larvas de cuarto estadio de muchas especies de mosquitos es 10-13 ng/ml (Federici et al, 2003). …”

“…Sp, espora; E, exosporio; PB, cuerpo paraesporal. Fuente: (Federici et al, 2003).Bti produce 4 δ-endotoxinas mayoritarias, Cyt1A (27 kDa), Cry4A (128 kDa), Cry4B(134 kDa) y Cry11A (72 kDa); que se ensamblan en 3 tipos de inclusiones diferentes integradas en un único cuerpo paraesporal mediante una membrana envolvente (Ibarra y Federici, 1986) (Figura 1.13).Los productos-Bt basados en esta subespecie han logrado un gran éxito y son el principal insecticida microbiológico utilizado en el control de vectores de enfermedades, especialmente en países en desarrollo. Existen diversos formulados comerciales, los más utilizados son VectoBac® y Teknac® (Federici et al, 2003).…”