Cơ chế tác động của protein tinh thể của Bacillus thuringiensis liên quan tới sự hoà tan của tinh thể trong ruột giữa của côn trùng. Các tinh thể độc đều đƣợc bắt nguồn từ một protein có khối lƣợng phân tử lớn khoảng 130-140 kDa, đƣợc gọi là “tiền độc tố”. Tiền độc tố này phải đƣợc hoạt hoá thì mới gây ra tính độc. Trong những điều kiện bình thƣờng thì protein tinh thể không bị hoà tan, do vậy nó rất an toàn với ngƣời và động vật bậc cao. Tuy nhiên trong môi trƣờng pH cao (khoảng 9,5), protein tinh thể sẽ bị hoà tan. Môi trƣờng pH này thƣờng thấy trong ruột giữa của ấu trùng thuộc bộ cánh vảy. Với lý do này, Bt
đƣợc xem là một tác nhân diệt côn trùng có tính đặc hiệu cao [16].
Tinh thể độc gây độc lên côn trùng thông qua con đƣờng tiêu hoá. Nhờ có hệ Enzyme protease và môi trƣờng pH kiềm ở ruột giữa của côn trùng mà tinh thể độc sẽ bị hoà tan. Quá trình hoà tan này phụ thuộc vào pH của môi trƣờng và thành phần cấu tạo của tinh thể. Khi tan nó sẽ tạo ra các mảnh độc có khối lƣợng phân tử nhỏ. Các mảnh độc này sẽ gắn với các thụ thể có ở trên màng biểu mô của tế bào ruột làm thủng tế bào. Kết quả là ruột bị tê liệt, ấu
trùng ngừng ăn, pH ruột bị giảm do sự cân bằng với pH máu. pH thấp là điều kiện thuận lợi cho bào tử vi khuẩn nảy mầm, vi khuẩn xâm nhập vào côn trùng gây ra sự nhiễm trùng máu và làm chết côn trùng.
Khi các tinh thể độc đƣợc hoà tan trong môi trƣờng kiềm nhân tạo mà không có protease thì hầu hết các tinh thể protein đặc biệt là loại 130 kDa không độc với các tế bào của côn trùng, vì vậy các tinh thể protein đƣợc gọi là “Tiền độc tố”. Các nghiên cứu gần đây về cấu trúc nội độc tố đã chỉ ra rằng nội độc tố đƣợc chia làm 3 vùng. Cả 3 vùng này đều có những chức năng nhất định trong quá trình gây độc lên côn trùng.
Vùng 1: Gắn toàn bộ hoặc gắn một phần vào màng tế bào ruột tạo ra các lỗ thủng trên màng tế bào nhờ đó mà các ion có thể đi qua một cách dễ dàng.
Vùng 2: Vùng này sẽ gắn vào các thụ thể có ở màng biểu mô của tế bào ruột.
Vùng 3: Có cấu trúc chặt chẽ, có chức năng bảo vệ phần cuối của độc tố, ngăn cản sự phân chia thêm nữa bởi tác động của protease ở ruột [1].
Đặc điểm quan trọng nhất trong cơ chế tác động của độc tố lên côn trùng là sự gắn kết của độc tố với thụ thể và sự hình thành lỗ rò (kênh ion).
Hình 1.3. Cơ chế diệt sâu của vi khuẩn Bacillus thuringiensis
Sâu hại bông
Hoạt hóa thành nhân độc Hòa tan tinh
thể Tiêu hóa Tinh thể Bt Tế bào ruột
giữa sâu Độc tố Bt bám vào tế bào ruột
Hình thành lỗ rò trên màng tế bào