Las familias de proteínas Crystal (Cry) y Cytolitic (Cyt) de Bacillus thuringiensis son un grupo diverso de proteínas con actividad contra insectos de diferentes órdenes: Lepidoptera, Coleoptera, Diptera y también contra otros invertebrados como los nemátodos. Su acción principal es lisar las células epiteliales del intestino medio, insertándolas en la membrana objetivo y formando poros. Entre este grupo de proteínas, los miembros de la familia 3-Domain Cry se utilizan en todo el mundo para el control de insectos, y su modo de acción se ha caracterizado con cierto detalle. Los análisis filogenéticos establecieron que la diversidad de la familia 3-Dimain Cry se desarrolló por la evolución independiente de los tres dominios y por el intercambio del dominio III entre las toxinas. Al igual que otras toxinas formadoras de poros (TFP) que afectan a los mamíferos, las toxinas Cry interactúan con receptores específicos ubicados en la superficie de la célula huésped y son activadas por las proteasas del huésped después de la unión con el receptor, lo que da como resultado la formación de una estructura oligomérica pre-poro que es competente en inserción. En contraste, las toxinas Cyt interactúan directamente con los lípidos de la membrana y se insertan en la membrana. La evidencia reciente sugiere que Cyt sinergiza o supera la resistencia a las proteínas de las proteínas mosquitocidas-Cry al funcionar como un receptor unido a la membrana Cry. En esta revisión resumimos los hallazgos recientes sobre el modo de acción de las toxinas Cry y Cyt, y las comparamos con el modo de acción de otras PFT bacterianas. Además, discutimos su uso en el control de plagas de insectos agrícolas e insectos vectores de enfermedades humanas.

Bacillus thuringiensis Crystal (Cry) and Cytolitic (Cyt) protein families are a diverse group of proteins with activity against insects of different orders--Lepidoptera, Coleoptera, Diptera and also against other invertebrates such as nematodes. Their primary action is to lyse midgut epithelial cells by inserting into the target membrane and forming pores. Among this group of proteins, members of the 3-Domain Cry family are used worldwide for insect control, and their mode of action has been characterized in some detail. Phylogenetic analyses established that the diversity of the 3-Domain Cry family evolved by the independent evolution of the three domains and by swapping of domain III among toxins. Like other pore-forming toxins (PFT) that affect mammals, Cry toxins interact with specific receptors located on the host cell surface and are activated by host proteases following receptor binding resulting in the formation of a pre-pore oligomeric structure that is insertion competent. In contrast, Cyt toxins directly interact with membrane lipids and insert into the membrane. Recent evidence suggests that Cyt synergize or overcome resistance to mosquitocidal-Cry proteins by functioning as a Cry-membrane bound receptor. In this review we summarize recent findings on the mode of action of Cry and Cyt toxins, and compare them to the mode of action of other bacterial PFT. Also, we discuss their use in the control of agricultural insect pests and insect vectors of human diseases.

Los cultivos de maíz genéticamente modificados y las suspensiones de Bacillus thuringiensis (Bt) se utilizan actualmente para controlar las plagas de insectos de la familia Lepidoptera. Para este propósito, el gen cry1Ab que codifica la proteína δ-endotoxina derivada de B. thuringiensis kurstaki (Btk), que es altamente tóxico para estos insectos, se insertó y expresó en maíz. Los objetivos de este estudio fueron examinar la aparición y persistencia del gen cry1Ab del maíz Btk y Bt en ambientes acuáticos cerca de los campos donde se cultivó el maíz Bt. Primero, se desarrolló una metodología óptima de preparación y extracción de ADN para permitir el análisis cuantitativo de genes mediante la reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real (qPCR) en varias matrices ambientales. En segundo lugar, las aguas superficiales y los sedimentos se enriquecieron in vitro con ADN genómico de maíz Bt o Bt para evaluar la persistencia de los genes cry1Ab. En tercer lugar, se recogieron muestras de suelo, sedimento y agua antes de la siembra, 2 semanas después de la liberación del polen y después de la recolección del maíz y la remezcla mecánica de la raíz en los suelos para evaluar el contenido del gen cry1Ab. El ADN se extrajo con suficiente pureza (es decir, baja absorbancia a 230 nm y ausencia de sustancias inhibidoras de la PCR) del suelo, los sedimentos y el agua superficial. El gen cry1Ab persistió durante más de 21 y 40 días en aguas superficiales y sedimentos, respectivamente. La eliminación de bacterias mediante la filtración de muestras de agua superficial no aumentó significativamente la vida media del transgén, pero los niveles fueron cinco veces más abundantes que en el agua no filtrada al final del período de exposición. En los sedimentos, el gen cry1Ab del maíz Bt todavía se detectó después de 40 días en sedimentos ricos en arcilla y arena. Los estudios de campo revelaron que el gen cry1Ab del maíz transgénico y del Bt natural era más abundante en el sedimento que en el agua superficial. El transgén cry1Ab se detectó tan lejos como los ríos Richelieu y St. Lawrence (82 km río abajo de la parcela de cultivo de maíz), lo que sugiere que existían múltiples fuentes de este gen y/o que se transporta por la columna de agua. El gen cry1Ab asociado al sedimento del maíz Bt tendió a disminuir con la distancia del campo de maíz Bt. Las concentraciones de sedimento del gen cry1Ab se correlacionaron significativamente con las del gen cry1Ab en el agua de superficie (R = 0,83; P = 0,04). Los datos indican que el ADN de maíz Bt y Bt fueron persistentes en ambientes acuáticos y se detectaron en ríos que drenan zonas agrícolas.

Genetically modified corn crops and suspensions of Bacillus thuringiensis (Bt) are currently used to control pest infestations of insects of the Lepidoptera family. For this purpose, the cry1Ab gene coding for protein δ-endotoxin derived from B. thuringiensis kurstaki (Btk), which is highly toxic to these insects, was inserted and expressed in corn. The aims of this study were to examine the occurrence and persistence of the cry1Ab gene from Btk and Bt corn in aquatic environments near fields where Bt corn was cultivated. First, an optimal DNA preparation and extraction methodology was developed to allow for quantitative gene analysis by real-time polymerase chain reaction (qPCR) in various environmental matrices. Second, surface water and sediment were spiked in vitro with genomic DNA from Bt or Bt corn to evaluate the persistence of cry1Ab genes. Third, soil, sediment, and water samples were collected before seeding, 2 weeks after pollen release, and after corn harvesting and mechanical root remixing in soils to assess cry1Ab gene content. DNA was extracted with sufficient purity (i.e., low absorbance at 230 nm and absence of PCR-inhibiting substances) from soil, sediment, and surface water. The cry1Abgene persisted for more than 21 and 40 days in surface water and sediment, respectively. The removal of bacteria by filtration of surface water samples did not significantly increase the half-life of the transgene, but the levels were fivefold more abundant than those in unfiltered water at the end of the exposure period. In sediments, the cry1Ab gene from Bt corn was still detected after 40 days in clay- and sand-rich sediments. Field surveys revealed that the cry1Ab gene from transgenic corn and from naturally occurring Bt was more abundant in the sediment than in the surface water. The cry1Ab transgene was detected as far away as the Richelieu and St. Lawrence rivers (82 km downstream from the corn cultivation plot), suggesting that there were multiple sources of this gene and/or that it undergoes transport by the water column. Sediment-associated cry1Ab gene from Bt corn tended to decrease with distance from the Bt cornfield. Sediment concentrations of the cry1Ab gene were significantly correlated with those of the cry1Ab gene in surface water (R=0.83;P=0.04). The data indicate that DNA from Bt corn and Bt were persistent in aquatic environments and were detected in rivers draining farming areas.

Bacillus thuringiensis produce inclusiones de proteínas cristalinas con propiedades insecticidas o nematocidas. Estas proteínas cristalinas (Cry) determinan el perfil de toxicidad de una determinada cepa. Los cultivos transgénicos que expresan una o más toxinas Cry recombinantes han adquirido importancia agrícola. De forma individual, las toxinas Cry generalmente solo son tóxicas para unas pocas especies dentro de un orden, además, los receptores en las células epiteliales del intestino medio han demostrado ser críticamente determinantes para la especificidad de Cry. Los receptores mejor caracterizados han sido identificados en lepidópteros, y han surgido dos clases principales de receptores: los receptores de aminopeptidasa N (APN) y los receptores similares a la cadherina. Actualmente, se han reportado 38 tipos de APN para 12 lepidópteros diferentes. Cada APN pertenece a uno de los cinco grupos que tienen características estructurales y propiedades de unión a Cry únicas. Si bien se ha informado 17 APN diferentes que se unen a toxinas Cry, solo 2 han demostrado ser mediadores de la susceptibilidad a la toxina in vivo. En contraste, varias proteínas de tipo cadherina se unen a toxinas Cry y confieren susceptibilidad a la toxina in vitro, además, se ha asociado la alteración del gen de la cadherina con la resistencia a la toxina. No obstante, solo un pequeño subconjunto de toxinas Cry, específicas de lepidópteros, ha demostrado interactuar con proteínas similares a la cadherina. Esta revisión analiza las interacciones entre las toxinas Cry y sus receptores, centrándose en la identificación y validación de éstos, las bases moleculares para el reconocimiento del receptor, su papel en insectos resistentes y los modelos propuestos para explicar la secuencia de eventos en la superficie celular por los cuales la unión del receptor conduce a la muerte celular.

Bacillus thuringiensis produces crystalline protein inclusions with insecticidal or nematocidal properties. These crystal (Cry) proteins determine a particular strain's toxicity profile. Transgenic crops expressing one or more recombinant Cry toxins have become agriculturally important. Individual Cry toxins are usually toxic to only a few species within an order, and receptors on midgut epithelial cells have been shown to be critical determinants of Cry specificity. The best characterized of these receptors have been identified for lepidopterans, and two major receptor classes have emerged: the aminopeptidase N (APN) receptors and the cadherin-like receptors. Currently, 38 different APNs have been reported for 12 different lepidopterans. Each APN belongs to one of five groups that have unique structural features and Cry-binding properties. While 17 different APNs have been reported to bind to Cry toxins, only 2 have been shown to mediate toxin susceptibly in vivo. In contrast, several cadherin-like proteins bind to Cry toxins and confer toxin susceptibility in vitro, and disruption of the cadherin gene has been associated with toxin resistance. Nonetheless, only a small subset of the lepidopteran-specific Cry toxins has been shown to interact with cadherin-like proteins. This review analyzes the interactions between Cry toxins and their receptors, focusing on the identification and validation of receptors, the molecular basis for receptor recognition, the role of the receptor in resistant insects, and proposed models to explain the sequence of events at the cell surface by which receptor binding leads to cell death.

Se incubó un suelo franco limoso con las hojas y los tallos de dos variedades de algodón transgénico Bacillus thuringiensis (Bt) y algodón no transgénico Bt para estudiar la persistencia del suelo de la toxina Bt de los tejidos de algodón Bt transgénicos en descomposición y su efecto sobre las actividades enzimáticas del suelo. Los resultados mostraron que después de la modificación del tejido de algodón Bt, la toxina Bt se introdujo en el suelo al descomponerse; aproximadamente el 50% de la toxina Bt introducida persistió en el suelo durante al menos 56 días. No se detectó toxina Bt en el suelo modificado con algodón Bt no transgénico; la cantidad de toxina Bt fue la más alta en el suelo tratado con el residuo con el mayor contenido de toxina Bt. Las actividades de la ureasa del suelo, la fosfomonoesterasa ácida, la invertasa y la celulasa se estimularon mediante la adición de tejidos de algodón Bt, mientras que la actividad de la arilsulfatasa del suelo se inhibió. Probablemente el tejido de algodón estimuló la actividad microbiana en el suelo, y como consecuencia, las actividades enzimáticas del suelo generalmente aumentaron. Este efecto puede enmascarar cualquier efecto negativo de la toxina Bt sobre la actividad microbiana y, por lo tanto, sobre las actividades enzimáticas.

A silty loam soil was incubated with the leaves and stems of two transgenic Bacillus thuringiensis (Bt) cotton varieties and nontransgenic Bt cotton to study the soil persistence of the Bt toxin from the decomposing transgenic Bt cotton tissues and its effect on soil enzyme activities. The results showed that after Bt cotton tissue amendment, Bt toxin was introduced into soil upon decomposition; about 50% of the introduced Bt toxin persisted in soil for at least 56 days. No Bt toxin was detected in the nontransgenic Bt cotton-amended soil; the amount of Bt toxin was the highest in the soil treated with the residue with the higher Bt toxin content. Activities of soil urease, acid phosphomonoesterase, invertase, and cellulase were stimulated by the addition of Bt cotton tissues, whereas activity of soil arylsulfatase was inhibited. Probably cotton tissue stimulated microbial activity in soil, and as a consequence, enzyme activities of soil were generally increased. This effect can mask any negative effect of the Bt toxin on microbial activity and thus on enzyme activities.

El área sembrada con cultivos genéticamente modificados ha aumentado dramáticamente en los últimos diez años. Esto ha generado muchos estudios que examinan los efectos no específicos de las plantas de bioingeniería que expresan endotoxinas de Bacillus thuringiensis. Hasta la fecha, la mayoría se ha centrado en los efectos a nivel de la población en el campo o en la evaluación de laboratorio de vías tróficas específicas de plantas-herbívoros o plantas-herbívoros-predadores. Usando un ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas post mortem, examinamos la captación de endotoxinas Cry1Ab por coccinélidos depredadores y la importancia de la antesis para esta vía trófica. Coleomegilla maculata adulta, Harmonia axyridis, Cycloneda munda y Coccinella septempunctata contenían cantidades bajas, pero detectables, de endotoxina Bt cuando se examinaron mediante ELISA. Esto fue más evidente en C. maculata, con 12.8% de 775 individuos que dieron positivo para endotoxinas Cry1Ab. Interesantemente, la presencia de endotoxinas en las muestras intestinales no se limitó a los períodos alrededor de la antesis, pero los adultos con coccinélidos dieron positivo dos semanas antes y hasta diez semanas después de que se desprendiera el polen, lo que sugiere que los enlaces tratróficos en su cadena alimentaria facilitan la transferencia de endotoxinas a depredadores de orden superior. Esto contrasta con Coleomegilla maculata adulta que ingresa a los sitios de hibernación donde no se detectaron endotoxinas Bt en las muestras intestinales, lo que indica niveles bajos de persistencia de endotoxinas Cry1Ab dentro de los predadores coccinélidos. Este estudio mejora nuestra comprensión de las interacciones complejas entre los cultivos transgénicos y las redes alimentarias no objetivo, pero se requiere más investigación para cuantificar la importancia de los enlaces tróficos específicos en el campo.

The area planted to genetically engineered crops has increased dramatically in the last ten years. This has generated many studies examining non-target effects of bioengineered plants expressing Bacillus thuringiensis endotoxins. To date, most have focused on population-level effects in the field or laboratory evaluation of specific plant-herbivore or plant-herbivore-predator trophic pathways. Using a post-mortem enzyme-linked immunosorbent assay, we examined the uptake of Cry1Ab-endotoxins by predatory coccinellids and the importance of anthesis to this trophic pathway. Adult Coleomegilla maculata, Harmonia axyridis, Cycloneda munda and Coccinella septempunctata contained low, but detectable, quantities of Bt-endotoxin when screened by ELISA. This was most evident in C. maculata, with 12.8% of 775 individuals testing positive for Cry1Ab-endotoxins. Interestingly, the presence of endotoxins in gut samples was not confined to periods around anthesis, but coccinellid adults tested positive two weeks before and up to ten weeks after pollen was shed, suggesting tri-trophic linkages in their food chain facilitates the transfer of endotoxins into higher-order predators. This contrasts with adult Coleomegilla maculata entering overwintering sites where Bt-endotoxins were not detected in gut samples, indicating low levels of persistence of Cry1Ab-endotoxins within coccinellid predators. This study enhances our understanding of complex interactions between transgenic crops and non-target food webs, but further research is required to quantify the significance of specific trophic linkages in the field.

El maíz (Zea mays L.) que ha sido diseñado genéticamente para producir la proteína Cry1Ab (maíz Bt) es resistente a las plagas de lepidópteros. El maíz Bt se planta ampliamente en el medio oeste de los Estados Unidos, a menudo adyacente a los nacimientos de agua. Mostramos que los subproductos del maíz, como el polen y los detritos, entran en los nacimientos de agua y son almacenados, consumidos y transportados a los cuerpos de agua corriente abajo. Las pruebas de alimentación en el laboratorio mostraron que el consumo de subproductos de maíz Bt redujo el crecimiento y aumentó la mortalidad de los insectos acuáticos no objetivo. Los insectos acuáticos son una presa importante para los depredadores acuáticos y ribereños, y la plantación generalizada de cultivos Bt tiene consecuencias inesperadas a escala del ecosistema.

Corn (Zea mays L.) that has been genetically engineered to produce the Cry1Ab protein (Bt corn) is resistant to lepidopteran pests. Bt corn is widely planted in the midwestern United States, often adjacent to headwater streams. We show that corn byproducts, such as pollen and detritus, enter headwater streams and are subject to storage, consumption, and transport to downstream water bodies. Laboratory feeding trials showed that consumption of Bt corn byproducts reduced growth and increased mortality of nontarget stream insects. Stream insects are important prey for aquatic and riparian predators, and widespread planting of Bt crops has unexpected ecosystem-scale consequences.

En 2003, las autoridades ambientales del Distrito Federal de México declararon que los organismos genéticamente modificados eran incompatibles con las prácticas de agricultura ecológica establecidas en las áreas rurales al sur de la Ciudad de México. Para garantizar el cumplimiento de las normas oficiales y las políticas de agricultura orgánica, se tomaron medidas para implementar un sistema de alerta temprana para la detección de maíz modificado genéticamente en los campos de los agricultores. En nuestros esfuerzos de muestreo, que se realizaron en 2003, se encontraron proteínas transgénicas expresadas en maíz en dos (0,96%) de 208 muestras de campos de agricultores, ubicadas en dos (8%) de 25 comunidades muestreadas. México importa una cantidad sustancial de maíz de los EE. UU. Y, debido a las redes de semillas formales e informales entre los agricultores rurales, hay muchas rutas potenciales de ingreso del maíz transgénico a las redes de alimentos y piensos. Mantener prácticas agroecológicas, preservar la agricultura orgánica y conservar las variedades de maíz en el área de Conservación del Suelo del Distrito Federal Mexicano, las autoridades ambientales deberán mantener y actualizar políticas ecológicas como el "sello verde" para la agricultura orgánica, aplicar tecnologías alternativas como biofertilizantes para mejorar la planta. nutrición, y desarrollar una agricultura sostenible de maíz con la implementación de sistemas de cultivos intercalados rentables

In 2003, the environmental authorities of the Federal District of Mexico declared that genetically modifiedorganisms were incompatible with ecological agriculture practices established in rural areas south ofMexico City. To ensure compliance with official standards and organic agriculture policies, steps were takento implement an early warning system for the detection of genetically modified maize in farmers’ fields. Inour sampling efforts, which were conducted in 2003, transgenic proteins expressed in maize were found intwo (0.96%) of 208 samples from farmers’ fields, located in two (8%) of 25 sampled communities. Mexicoimports a substantial amount of maize from the US, and due to formal and informal seed networks amongrural farmers, there are many potential routes of entrance for transgenic maize into food and feed webs. Tosustain agroecological practices, preserve organic agriculture, and conserve maize landraces in the SoilConservation area of the Mexican Federal District, environmental authorities will need to maintain andupdate ecological policies such as the “green seal” for organic agriculture, apply alternative technologiessuch as biofertilizers to enhance plant nutrition, and develop sustainable maize agriculture with the imple-mentation of profitable intercropping systems

La bacteria entomopatógena Bacillus thuringiensis (Bt) y sus toxinas se usan ampliamente con fines de control de plagas en la agricultura, silvicultura y programas de salud pública desde 1930. Además de las formulaciones en aerosol, las plantas transgénicas contienen genes Bt para la expresión de las toxinas (plantas Bt) están disponibles comercialmente desde mediados de la década de 1990 y se cultivan en un porcentaje creciente del área agrícola mundial. Una de las principales razones de la importancia de Bt como plaguicida es la supuesta seguridad ambiental que se concluye a partir de la alta especificidad de sus endotoxinas (proteínas Cry) hacia un número limitado de organismos objetivo, en su mayoría grupos distintos de insectos plaga. Si bien el modo de acción de las toxinas Cry en estos insectos objetivo susceptibles está bien estudiado, los expertos de Bt afirman que varios detalles aún no se comprenden lo suficiente. Aunque existe una experiencia considerable con la aplicación y la seguridad ambiental de los aerosoles Bt, en el pasado se publicaron varios trabajos de investigación que informaron efectos adversos en organismos no objetivo. Estos y el uso generalizado de plantas transgénicas Bt nos estimuló a revisar los estudios publicados de alimentación en laboratorio sobre los efectos de las toxinas Bt y las plantas transgénicas Bt en invertebrados no objetivo. Describimos aquellos informes que documentaron los efectos adversos en organismos no objetivo con mayor detalle y nos centramos en un ejemplo prominente, la crisopa, Chrysoperla carnea. Discutiendo nuestros hallazgos en contexto con los estudios moleculares actuales, argumentamos en primer lugar que la evidencia de los efectos adversos en organismos no objetivo es lo suficientemente convincente como para merecer más investigación. Además, de nuestro análisis en profundidad, llegamos a la conclusión de que los informes publicados que estudian los efectos de las toxinas Bt, de los pesticidas Bt y las plantas transgénicas Bt sobre las larvas de crisopa, proporcionan datos complementarios y no contradictorios. Y, finalmente, encontramos que aún faltan experimentos clave que expliquen el modo de acción, no solo en esta especie no objetivo afectada en particular, sino también en la mayoría de las otras especies no objetivo afectadas. Teniendo en cuenta el área de producción mundial de cultivos Bt, en constante aumento, parece prudente comprender a fondo cómo las toxinas Bt pueden afectar a los organismos no objetivo.

The entomopathogenic bacterium Bacillus thuringiensis (Bt) and its toxins are extensively used for pest control purposes in agriculture, forestry and public health programmes since the 1930. In addition to spray formulations, transgenic plants containing Bt genes for the expression of the toxins (Bt plants) are commercially available since the mid 1990s and are grown on an increasing percentage of the global agricultural area. A main reason for the importance of Bt as a pesticide is the assumed environmental safety concluded from the high specificity of its endotoxins (Cry proteins) towards a limited number of target organisms, mostly distinct groups of pest insects. While the mode of action of the Cry toxins in these susceptible target insects is well studied, Bt experts claim that several details are still not understood well enough. Although there is considerable experience with the application and the environmental safety of Bt sprays, a number of research papers were published in the past that did report adverse effects on non-target organisms. These and the widespread use of transgenic Bt plants stimulated us to review the published laboratory feeding studies on effects of Bt toxins and transgenic Bt plants on non-target invertebrates. We describe those reports that documented adverse effects in non-target organisms in more detail and focus on one prominent example, the green lacewing, Chrysoperla carnea. Discussing our findings in the context of current molecular studies, we argue firstly that the evidence for adverse effects in non-target organisms is compelling enough that it would merit more research. We further conclude from our in-depth analysis that the published reports studying the effects of Bt toxins from Bt pesticides and transgenic Bt plants on green lacewing larvae provide complementary and not contradictory data. And, finally, we find that the key experiments explaining the mode of action not only in this particular affected non-target species but also in most other affected non-target species are still missing. Considering the steadily increasing global production area of Bt crops, it seems prudent to thoroughly understand how Bt toxins might affect non-target organisms.

Una de las principales preocupaciones con respecto al despliegue de plantas transgénicas resistentes a insectos es su impacto potencial en organismos no objetivo, en particular en artrópodos beneficiosos, como los depredadores. Para evaluar los riesgos que las plantas transgénicas representan para los depredadores, se pueden utilizar varios sistemas de prueba experimentales. Cuando se usan estudios tritróficos, es importante verificar la exposición real del depredador, es decir, la presencia de toxina biológicamente activa en el artrópodo herbívoro (presa). Por lo tanto, investigamos la absorción de la toxina Cry1Ab por parte de las larvas de la crisopa (Chrysoperla carnea (Stephens); Neuroptera: Chrysopidae) después de consumir dos herbívoros alimentados con maíz Bt (Tetranychus urticae Koch; Acarina: Tetranychidae y Spodoptera littoralis (Boisduval); Lepidoptera: Noctuidae) mediante una prueba inmunológica (ELISA) y la actividad de la toxina Cry1Ab después de la ingesta por los herbívoros. Además, comparamos la actividad de la toxina Cry1Ab producida por el maíz Bt con la de la toxina purificada obtenida de Escherichia coli transformada, que se recomienda usar en estudios de toxicidad. La actividad de la toxina se evaluó realizando bioensayos de alimentación con larvas del barrenador europeo del maíz (Ostrinia nubilalis (Hübner); Lepidoptera: Crambidae), la plaga objetivo del maíz que expresa Cry1Ab. ELISA confirmó la ingesta de toxina Bt por las larvas de C. carnea cuando se alimentó con una de las dos especies de presas, y los bioensayos de alimentación utilizando la plaga objetivo mostraron que la actividad biológica de la toxina Cry1Ab se mantiene después de la ingesta por ambas especies de herbívoros. Estos hallazgos se discuten en el contexto de estudios de evaluación de riesgos anteriores con C. carnea. La proteína Cry1Ab purificada fue más tóxica para O. nubilalis en comparación con la toxina Cry1Ab derivada de la planta cuando se aplicó a concentraciones iguales de acuerdo con las mediciones de ELISA. Se discuten las posibles razones de estos hallazgos.

A major concern regarding the deployment of insect resistant transgenic plants is their potential impact on non-target organisms, in particular on beneficial arthropods such as predators. To assess the risks that transgenic plants pose to predators, various experimental testing systems can be used. When using tritrophic studies, it is important to verify the actual exposure of the predator, i.e., the presence of biologically active toxin in the herbivorous arthropod (prey). We therefore investigated the uptake of Cry1Ab toxin by larvae of the green lacewing (Chrysoperla carnea (Stephens); Neuroptera: Chrysopidae) after consuming two Bt maize-fed herbivores (Tetranychus urticae Koch; Acarina: Tetranychidae and Spodoptera littoralis (Boisduval); Lepidoptera: Noctuidae) by means of an immunological test (ELISA) and the activity of the Cry1Ab toxin following ingestion by the herbivores. Moreover, we compared the activity of Cry1Ab toxin produced by Bt maize to that of purified toxin obtained from transformed Escherichia coli, which is recommended to be used in toxicity studies. The activity of the toxin was assessed by performing feeding bioassays with larvae of the European corn borer (Ostrinia nubilalis (Hübner); Lepidoptera: Crambidae), the target pest of Cry1Ab expressing maize. ELISA confirmed the ingestion of Bt toxin by C. carnea larvae when fed with either of the two prey species and feeding bioassays using the target pest showed that the biological activity of the Cry1Ab toxin is maintained after ingestion by both herbivore species. These findings are discussed in the context of previous risk assessment studies with C. carnea. The purified Cry1Ab protein was more toxic to O. nubilalis compared to the plant-derived Cry1Ab toxin when applied at equal concentrations according to ELISA measurements. Possible reasons for these findings are discussed.

El objetivo del experimento fue determinar si las variaciones temporales de la actividad subterránea reflejan la influencia de la proteína Cry1Ab del maíz transgénico en las bacterias del suelo y, por lo tanto, en un cambio regulatorio de la comunidad microbiana (capacidad para metabolizar fuentes que pertenecen a diferentes gremios químicos) y/o un cambio en la abundancia numérica de sus células. La ubicación de los residuos es conocida por su fuerte influencia en las comunidades de descomposición de suelos. Los efectos de la adición de residuos de cultivos en la respiración y las actividades catabólicas de la comunidad bacteriana se examinaron en experimentos de microcosmos. Se incluyeron en el diseño experimental cuatro cultivos de Zea mays L. de dos isolíneas diferentes (cada una incluye el cultivo convencional y su cultivar Bacillus thuringiensis) y un control de suelo granular. Los modelos de crecimiento sugieren una dicotomía entre los suelos modificados con residuos de maíz convencionales o transgénicos. La proteína Cry1Ab pareció influir en la composición de la comunidad microbiana. La respiración del suelo altamente mejorada observada durante las primeras 72 h después de la adición de residuos de maíz Bt puede interpretarse como relacionada con la presencia de residuos de cultivos transgénicos. Este resultado se confirmó mediante el recuento en placa de agar, ya que los promedios de las unidades formadoras de colonias de los suelos en los tratamientos convencionales fueron aproximadamente un tercio de los tratados con paja transgénica. Además, la adición de maíz Bt pareció inducir un mayor consumo microbiano de carbohidratos en los “EcoPlates” BIOLOG. Tres semanas después de la adición de residuos de maíz a los suelos, no se detectaron diferencias entre la tasa de consumo de gremios químicos específicos por bacterias en suelos modificados con maíz transgénico y bacterias en suelos adicionados con maíz convencional. Los residuos de cultivos cosechados, comparables a la paja de maíz posterior a la cosecha (una práctica común en la agricultura actual), influyen rápidamente en las células bacterianas del suelo a un nivel funcional. En general, estos datos apoyan la existencia de cambios ecológicos cortos inducidos por Bt en las comunidades microbianas de los suelos de las tierras de cultivo.

The aim of the experiment was to determine if temporal variations of belowground activity reflect the influence of the Cry1Ab protein from transgenic maize on soil bacteria and, hence, on a regulatory change of the microbial community (ability to metabolize sources belonging to different chemical guilds) and/or a change in numerical abundance of their cells. Litter placement is known for its strong influence on the soil decomposer communities. The effects of the addition of crop residues on respiration and catabolic activities of the bacterial community were examined in microcosm experiments. Four cultivars of Zea mays L. of two different isolines (each one including the conventional crop and its Bacillus thuringiensis cultivar) and one control of bulk soil were included in the experimental design. The growth models suggest a dichotomy between soils amended with either conventional or transgenic maize residues. The Cry1Ab protein appeared to influence the composition of the microbial community. The highly enhanced soil respiration observed during the first 72 h after the addition of Bt-maize residues can be interpreted as being related to the presence of the transgenic crop residues. This result was confirmed by agar plate counting, as the averages of the colony-forming units of soils in conventional treatments were about one-third of those treated with transgenic straw. Furthermore, the addition of Bt-maize appeared to induce increased microbial consumption of carbohydrates in BIOLOG EcoPlates. Three weeks after the addition of maize residues to the soils, no differences between the consumption rate of specific chemical guilds by bacteria in soils amended with transgenic maize and bacteria in soils amended with conventional maize were detectable. Reaped crop residues, comparable to post-harvest maize straw (a common practice in current agriculture), rapidly influence the soil bacterial cells at a functional level. Overall, these data support the existence of short Bt-induced ecological shifts in the microbial communities of croplands’ soils.