ไคร1แอค
สารพิษ Cry1Ac จากBacillus thuringiensis ssp. kurstaki HD-73 รหัส PDB 4arx
ตัวระบุ
สิ่งมีชีวิต	แบคซิลลัส ทูริงเจียนซิส
เครื่องหมาย	ไคร1แอค
ยูนิโปรท	พี05068
ค้นหา โครงสร้าง แบบจำลองสวิส โดเมน อินเตอร์โปร

Cry1Acเป็นโปรตีนผลึกเดลต้าเอนโดท็อกซินที่ผลิตโดยแบคทีเรียแกรมบวกในดิน Bacillus thuringiensis (Bt) ในระหว่างการสร้างสปอร์ซึ่งขึ้นอยู่กับสายพันธุ์ของแบคทีเรียทั้งจำนวนและชนิด 5, 19 และ 43 สปอร์ของแบคทีเรีย Bt เป็นพิษหากถูกกินโดยสมาชิกใน อันดับ Lepidopteraเนื่องจากแบคทีเรียทำหน้าที่เป็นยาฆ่าแมลงสำหรับตัวอ่อน^{[ 1 ]}

ด้วยเหตุนี้ยีนเหล่านี้จึงถูกนำเข้าสู่พืชผลทางการเกษตรที่สำคัญโดยวิศวกรรมพันธุกรรมเพื่อให้พืชเหล่านั้นต้านทานศัตรูพืชได้^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

แบบจำลองที่ได้รับการยอมรับของสารพิษคือ เมื่อผีเสื้อกินเข้าไป ตัวอ่อนจะถูกกระตุ้นเนื่องจากเอนไซม์ในลำไส้และคุณสมบัติการละลายของผลึก ในตอนแรกผลึกจะไม่มีฤทธิ์และไม่ละลาย จนกว่าจะอยู่ในสภาวะที่เป็นด่าง เมื่อตัวอ่อนของผีเสื้อกินเข้าไป พวกมันจะไวต่อ Bt เพราะค่า pHของลำไส้กลางของพวกมันตรงกับสภาวะที่เป็นด่างที่ทำให้โปรท็อกซินมีฤทธิ์^{[ 1 ]}การกระตุ้นเกิดขึ้นตามขั้นตอนต่างๆ ซึ่งเห็นได้ชัดว่านำไปสู่การตายของแมลง เริ่มต้นในลำไส้ของแมลง เมื่อแบคทีเรียเข้าสู่ลำไส้ ผลึกจะละลายและโปรท็อกซินจะถูกกระตุ้นเนื่องจากโปรตีเอส ในลำไส้กลางของแมลง จากนั้นจะตามมาด้วยการจดจำตำแหน่งการจับบนเยื่อหุ้มเซลล์ขอบแปรงของลำไส้กลาง ทำให้เกิดการสร้างรูพรุนที่ขัดขวางการขนส่งของเยื่อหุ้มเซลล์ ส่งผลให้โปรท็อกซินมีฤทธิ์ฆ่าแมลง^{[ 5 ] [ 6 ]}

สารพิษ Cry1A ในแมลงเลปิโดปเทอรานชนิดต่างๆ มีตัวรับการจับที่แตกต่างกัน มีการระบุตำแหน่งการจับไว้ 4 ตำแหน่ง^{[ 7 ]} :

• โปรตีนคล้ายแคดเฮริน (CADR)
• อะมิโนปติเดส-เอ็น (APN) ที่ยึดด้วยไกลโคซิลฟอสฟาติดิล-อิโนซิทอล (GPI)
• อัลคาไลน์ฟอสฟาเตส (ALP) ที่ยึดติดกับ GPI
• ไกลโคคอนจูเกต

โครงสร้างของโปรตีนมีความคล้ายคลึงกับโปรตีนอื่นๆ ในตระกูล Cry ดังที่เห็นได้จากการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ โปรตีน Cry1Aa, Cry3A และ CytB โดยเฉพาะ มีโมเลกุลทรงกลมที่คล้ายกันซึ่งประกอบด้วยโครงสร้างสามโดเมนที่เชื่อมต่อกันด้วยลิงก์เดี่ยว^{[ 5 ] [ 7 ]}

• โดเมน I ประกอบด้วยเกลียวอัลฟาที่มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำและมีคุณสมบัติทั้งชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ โดเมนนี้ตั้งอยู่ที่ปลายด้านN-เทอร์มินัล ของโปรตีนที่ถูกกระตุ้น และเป็นบริเวณที่เกิดการสร้างรูพรุนของเยื่อหุ้มเซลล์
• โดเมน II ประกอบด้วยแผ่นเบต้าแบบขนานตรงข้าม Cry1Ac และสารพิษอื่นๆ ที่คล้ายกันมีส่วนประกอบที่กำหนดความจำเพาะและตำแหน่งการจับกับตัวรับของสารพิษจำนวนหนึ่งในโดเมน II
• โดเมน III ประกอบด้วยแผ่นเบต้าเช่นกัน และมีส่วนเกี่ยวข้องกับความจำเพาะเช่นเดียวกับโดเมน II แต่ยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับความเสถียรของโครงสร้างด้วย

เนื่องจากความคล้ายคลึงกันของโดเมน II และ III กับโปรตีนที่จับกับคาร์โบไฮเดรต จึงมีการเสนอแนะว่าหมู่คาร์โบไฮเดรตอาจมีบทบาทในกลไกการออกฤทธิ์ของสารพิษ Cry ที่มีโครงสร้างสามโดเมน^{[ 7 ]}

สารพิษ Bt ใช้เป็นยาฆ่าแมลงสำหรับตัวอ่อนของผีเสื้อ แต่ตัวสารพิษเองมีการใช้งานหลักสามประการ^{[ 7 ]} :

1. การควบคุมศัตรูพืชในป่า
2. การควบคุมพาหะนำโรคของมนุษย์
3. การพัฒนาพืชต้านทานแมลง

การควบคุมศัตรูพืชในป่าเป็นการประยุกต์ใช้ที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดในบรรดาการประยุกต์ใช้ทั้งสาม ความสำเร็จของการควบคุมศัตรูพืชในป่าส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในสหรัฐอเมริกาและแคนาดา การใช้สารฆ่าแมลงอาศัยสายพันธุ์ Bt ของ HD-1 ซึ่งผลิตสารพิษ Cry หลายชนิด เช่น Cry1Aa, Cry1Ab, Crys1Ac และ Cry2Aa ความสำเร็จของการใช้ Bt ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความไวของแบคทีเรียต่อตัวอ่อนเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับปัจจัยภายนอก เช่น สภาพอากาศ เวลา และปริมาณของสารฆ่าแมลงที่ฉีดพ่น การผสมผสานที่เหมาะสมจะกำหนดโอกาสที่ตัวอ่อนจะกินสารพิษเข้าไป^{[ 7 ]}

Cry1Ac ถือว่าเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า เนื่องจากเป็นแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในดิน จึงช่วยลดการใช้สารเคมีกำจัดศัตรูพืชได้อย่างมาก ซึ่งเป็นประโยชน์เพราะมุ่งเป้าไปที่กลุ่มแมลงเฉพาะกลุ่มโดยไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตอื่นๆ และระบบนิเวศโดยรวมของป่าและพืชพรรณอื่นๆ ทำให้ปลอดภัยต่อการใช้งาน เนื่องจากไม่เป็นพิษต่อมนุษย์ ปศุสัตว์ และสัตว์ป่าอื่นๆ^{[ 7 ]}

ความสำเร็จของการทดแทนยาฆ่าแมลงเคมีด้วยทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสามารถเห็นได้จากการพัฒนาพืชดัดแปลงพันธุกรรม โปรตีน Bt Cry ในพืชดัดแปลงพันธุกรรมถูกผลิตอย่างต่อเนื่อง ซึ่งในทางกลับกันจะช่วยปกป้องสารพิษจากการเสื่อมสภาพ ที่น่าสังเกตคือ การเพิ่มขึ้นของพืชต้านทานแมลงมีผลดีต่อผลผลิตพืช โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฝ้าย Bt มะเขือยาว Btถั่วเหลืองBt และข้าวBt ^{[ 7 ]}

ตัวอย่างหนึ่งของความสำเร็จในการเพิ่มผลผลิตพืชผลคือ ข้าวเป็นพืชผลที่สำคัญและจำเป็นที่สุดชนิดหนึ่งสำหรับหลายประเทศ ก่อนการใช้ยาฆ่าแมลง แมลงในกลุ่มเลปิโดปเทอราหลายชนิดจะส่งผลกระทบต่อต้นข้าวพันธุ์อินดิกา โดยเฉพาะอย่างยิ่งหนอนเจาะลำต้นสีเหลือง (YSB) Scipophaga incertulasเนื่องจากตัวอ่อนจะกัดกินลำต้นของต้นข้าวและเข้าไปในเนื้อเยื่อของพืช ทำให้เกิดความเสียหายอย่างมากต่อต้นข้าวและส่งผลกระทบต่อผลผลิต แต่การนำ Cry1Ac เข้าสู่ต้นข้าวที่ดัดแปลงพันธุกรรมช่วยลดความเสียหายที่ YSB ทำต่อผลผลิตข้าวได้อย่างมีนัยสำคัญ^{[ 8 ]} แม้ว่าพืชดัดแปลงพันธุกรรมจะได้รับความสนใจเนื่องจากปัญหาหลายประการ รวมถึงข้อโต้แย้งเกี่ยวกับอาหารดัดแปลงพันธุกรรม^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}และกรณีSéralini ^{[ 12 ] [ 13 ]}

นอกจากนี้ยังก่อให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับการใช้งานในระยะยาวอีกด้วย ในการใช้งานในระยะยาว ระดับประสิทธิภาพจะเริ่มเป็นที่สงสัย เนื่องจากความต้านทานจะเริ่มพัฒนาขึ้น รวมถึงการถ่ายทอดยีนของพืชและแมลง การใช้ยาฆ่าแมลงในแปลงฝ้าย Bt ในออสเตรเลีย จีน สเปน และสหรัฐอเมริกา ได้สร้างศักยภาพสำคัญสำหรับ ความ ต้านทานของแมลง^{[ 14 ]}สาเหตุที่เป็นไปได้ของความต้านทานอาจเกิดจากการกลายพันธุ์ที่ส่งผลต่อตัวรับการจับ โปรตีเอส หรือการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน นอกจากนี้ยังเชื่อกันว่าหางไฮโดรโฟบิกและGPI-linkedของสารพิษ Bt สามารถส่งผลต่อความต้านทานของแมลงต่อยาฆ่าแมลงได้^{[ 15 ]}

Cry1Ac ยังถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาการใช้งานทางการแพทย์ เนื่องจาก Bt เป็นสารกระตุ้นภูมิคุ้มกันและ สารเสริมฤทธิ์ในเยื่อเมือก ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

การใช้วัคซีน Cry1Ac คือสามารถทำหน้าที่เป็นตัวนำสำหรับการพัฒนาวัคซีนชนิดรับประทาน (แบบหยดหรือแคปซูล) เนื่องจากสามารถกำหนดเป้าหมายเนื้อเยื่อน้ำเหลือง ที่เกี่ยวข้องกับลำไส้ (GALT) ตามธรรมชาติ จึงเหมาะสมที่สุดสำหรับภูมิคุ้มกันเยื่อบุผิว เมื่อพิจารณาว่าเชื้อโรค ส่วนใหญ่ เข้าสู่ร่างกายผ่านทางระบบทางเดินหายใจเยื่อบุผิว และลำไส้ การให้ยาทางปากจึงอาจมีข้อดีในด้านความปลอดภัยสำหรับผู้ให้บริการทางการแพทย์และผู้ป่วย รวมถึงต้นทุนที่ต่ำกว่า^{[ 19 ]}

ในการทดลอง เมื่อให้ทางปาก พบว่ามีการตอบสนองของแอนติบอดี ทั้งในระบบและเยื่อบุ ขณะเดียวกันก็ไม่พบความเป็นพิษอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งอาจนำไปสู่การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์แบบใหม่และเป็นเอกลักษณ์ในอนาคต^{[ 19 ]}

ในการศึกษาล่าสุด Cry1Ac ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นสารเสริมภูมิคุ้มกันในเยื่อเมือก ซึ่งหมายความว่าสามารถให้ภูมิคุ้มกันป้องกันโรคร้ายแรงได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโรคเยื่อหุ้มสมองอักเสบจากอะมีบาชนิดปฐมภูมิ (PAM) ที่เกิดจากอะมีบาที่กินสมองNaegleria fowleriอะมีบาชนิดนี้สามารถบุกรุกและโจมตีระบบประสาทและสมองของมนุษย์ ซึ่งมักจะทำให้เสียชีวิต เมื่อติดเชื้อ Naegleria fowleri มักจะเริ่มที่เยื่อเมือกจมูก ทำให้การใช้ Cry1Ac เหมาะสม เมื่อให้ Cry1Ac เพียงอย่างเดียว พบว่าสามารถป้องกันโรคได้ถึง 60% อัตราการป้องกันที่สูงแสดงให้เห็นว่า Cry1Ac สามารถกระตุ้นการตอบสนองของภูมิคุ้มกันและแอนติบอดีแบบปรับตัวได้^{[ 20 ]}

• แบคซิลลัส ทรูอิงเจียนซิส
• สารพิษไคร

• สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม