Bacillus thuringiensis israelensis

Bacillus thuringiensis subsp. israelensis (Bti), öncelikle sivrisinekler (Aedes, Culex ve Anopheles türleri), kara sinekler ve mantar sivrisinekleri gibi dipter (çift kanatlı) böceklerin larva evrelerini hedefleyen, etkili bir biyolojik insektisit olarak hizmet eden, Gram-pozitif, spor oluşturan bir toprak bakterisidir.^[1] Sporülasyon sırasında, sucul ortamlardaki larvalar tarafından yutulan parasporal kristal toksinler üretir; bu durum yetişkin böcekleri, pupaları veya hedef dışı organizmaları etkilemeden larvaların ölümüne yol açar.^[2] İlk olarak 1977 yılında İsrail’in Negev çölündeki geçici bir göletten izole edilen Bti, özgüllüğü ve çevresel güvenliği nedeniyle vektör kontrolü için entegre zararlı yönetiminin temel taşlarından biri haline gelmiştir.^[1]

Bti’nin insektisidal aktivitesi, büyük bir plazmid üzerinde kodlanan bir dizi δ-endotoksinden kaynaklanır; bunlar arasında ana Cry proteinleri (Cry4Aa, Cry4Ba, Cry11Aa) ve Cyt proteinleri (Cyt1Aa, Cyt2Ba) bulunur. Bu proteinler, duyarlı larvaların alkali orta bağırsağında spor çimlenmesi üzerine salınan kristal bir inklüzyon cismi oluşturur.^[1] Bu toksinler, kadherinler ve aminopeptidazlar gibi larva bağırsak epitelindeki spesifik reseptörlere bağlanarak orta bağırsak zarını bozan gözenekler oluşturur, ozmotik lizise neden olur ve beslenmeyi durdurarak saatler veya günler içinde ölümle sonuçlanır.^[1] Cry ve Cyt toksinlerinin sinerjik etkisi etkinliği artırır ve direnç gelişimini geciktirir; 40 yılı aşkın küresel kullanımdan sonra yaygın bir direnç bildirilmemiştir.^[1]

Bti; granüller, briketler, sıvılar ve aerosoller dahil olmak üzere çeşitli formülasyonlarda, göletler, bataklıklar ve kentsel su toplama havzaları gibi durgun su kaynaklarına dünya çapında uygulanmaktadır. Bu uygulamalar genellikle sıtma, dang humması ve Batı Nil virüsü gibi sivrisinek kaynaklı hastalıkları engellemek için halk sağlığı programlarının bir parçası olarak elle uygulama, püskürtücüler veya havadan yöntemlerle gerçekleştirilir.^[3] ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA), 2025 itibarıyla 48 Bti ürününü tescil etmiştir ve bu ürünler organik tarım ve entegre sivrisinek yönetimi için onaylanmıştır; uygulamalar çevresel koşullara bağlı olarak 24 saatten birkaç haftaya kadar kalıcılık gösterir.^[4] Çalışmalar, toprak ve sudaki hızlı biyobozunumunu doğrulamakta olup, yarı ömürleri 1 günden az ile 46 gün arasında değişmekte ve ekolojik bozulmayı en aza indirmektedir.^[5]

Güvenlik değerlendirmeleri, Bti’nin insanlar, memeliler, kuşlar, balıklar, yararlı böcekler ve çoğu sucul yaşam için ihmal edilebilir risk oluşturduğunu göstermektedir; çünkü toksinleri insan midesi gibi asidik ortamlarda inaktiftir ve saha uygulama oranlarında dipter olmayan türleri etkilemez.^[3] İnsan maruziyeti, konsantre formülasyonlarla doğrudan temastan kaynaklanan hafif cilt veya göz tahrişine neden olabilir, ancak yüksek dozlarda bile sistemik hastalıklar belgelenmemiştir ve talimatlara uygun kullanıldığında evcil hayvanlar ve yaban hayatı için toksik olmadığı kabul edilir.^[5] Bu profil, Bti’yi kimyasal larvisitlere tercih edilen bir alternatif haline getirmiş ve küresel olarak sürdürülebilir vektör kontrolü çabalarını desteklemiştir.^[6]

Taksonomi ve Sınıflandırma

Bilimsel Sınıflandırma

Bacillus thuringiensis subsp. israelensis; Bacteria alanı, Bacillati krallığı, Bacillota şubesi, Bacilli sınıfı, Bacillales takımı, Bacillaceae familyası, Bacillus cinsi, B. thuringiensis türü ve israelensis alt türü (serotip H-14) içinde sınıflandırılır.^[7]^[8]^[9]

Bu alt tür, kamçılı (flagellar) H-antijenlerine dayalı serotipleme yoluyla diğer B. thuringiensis varyantlarından ayrılır; burada israelensis, serovar H-14’e karşılık gelir.^[10] Karşılaştırma yapmak gerekirse, kurstaki (H-3a:3b:3c) gibi alt türler lepidopter larvalarını hedeflerken, tenebrionis (H-8a:8b) kınkanatlıları etkiler; bu durum, B. thuringiensis izolatları arasında tanımlanmış 80’den fazla serovarın belirlenmesinde H-serovar sınıflandırmasının özgüllüğünü vurgular.^[11]^[12]

Alt tür ataması kriterleri, flagellar proteinlerdeki antijenik farklılıkları vurgular ve H-14, israelensis suşlarını benzersiz bir şekilde tanımlar.^[13] Bu serovar tabanlı taksonomi, B. cereus grubu içindeki genomik benzerliklere rağmen, alt türe özgü tanımlama için birincil yöntem olmaya devam etmektedir.^[14]

İsimlendirme

Bacillus thuringiensis subsp. israelensis, 1978 yılında Hélène de Barjac tarafından belirgin serotipi ve toksisite profiline dayanarak resmen önerilen bu bakteriyel alt türün trinomial (üçlü) adlandırmasıdır. İsim, H-14 flagellar antijeni ve yüksek sivrisinek öldürücü (mosquitocidal) aktivitesi ile karakterize edilen yeni bir varyetenin tanımında tanıtılmıştır.^[15]

İsmin etimolojisi coğrafi kökenlerini yansıtır. Tür sıfatı olan “thuringiensis”, Bacillus thuringiensis‘in 1911 yılında Ernst Berliner tarafından hastalıklı ipekböceği larvalarından ilk izole edildiği Alman eyaleti Thuringia’dan türetilmiştir. Alt tür sıfatı olan “israelensis” ise İsrail’e atıfta bulunur.^[16]

Yaygın eş anlamlılar ve kısaltmalar arasında Bti (Bacillus thuringiensis israelensis için), Bt israelensis ve serovarına H-14 veya serotip 14 olarak yapılan atıflar yer alır; ikincisi, daha geniş B. thuringiensis kompleksi içindeki H-antijeni serolojisini vurgular. Bu terimler, entomolojik ve mikrobiyolojik literatürde bu alt tür kimliğini paylaşan suşları belirtmek için yaygın olarak kullanılır.^[1]^[17]

Uluslararası Prokaryot İsimlendirme Kodu (ICNP) uyarınca, Bacillus thuringiensis subsp. israelensis gibi alt tür isimleri, alt türler için ICNP gerekliliklerine göre geçerli bir şekilde yayınlanmadıkları için bakteriyel isimlendirmede resmi bir statüye sahip değildir; bunun yerine, suş kataloglarında gayri resmi tanımlamalar olarak korunur ve uygulamalı araştırmalarda kullanılır. Bu statü, katı isimlendirme geçerliliğinden ziyade öncelikle serolojik, genetik ve fenotipik kriterlerle tanınan diğer B. thuringiensis alt türlerinin muamelesiyle uyumludur.^[18]

Keşif ve Tarihçe

İzolasyon

Bacillus thuringiensis subsp. israelensis (Bti), ilk olarak 1976 yılında İsrailli araştırmacılar L.J. Goldberg ve J. Margalit tarafından, Dünya Sağlık Örgütü destekli sivrisinek vektörlerine karşı mikrobiyal ajan taramasının bir parçası olarak İsrail’in Negev Çölü’ndeki durgun bir göletin çamurundan izole edilmiştir.^[19]^[20] Örnekler, Culex pipiens larvalarının kitleler halinde öldüğü geçici bir göletten toplanmış, bu da potansiyel bir doğal patojene işaret etmiştir.^[21]

Laboratuvarda çamur örnekleri, endosporları seçmek için ısıl işlem ve kolonileri geri kazanmak için plaklama dahil olmak üzere spor oluşturan bakterileri izole etmek için standart teknikler kullanılarak işlendi. Gram-pozitif çubuklar, sporülasyon ve Bacillus thuringiensis karakteristiği olan parasporal kristallerin üretimini sergileyen koloniler, sıvı ortamda daha fazla kültüre alınmak üzere seçildi.^[19]

İzolatın kimliğinin ve aktivitesinin doğrulanması, 1976 ile 1977 yılları arasında mikroskobik inceleme, biyokimyasal testler ve Diptera larvalarına karşı biyodenemeler yoluyla gerçekleşti. Suş, bipiramidal ve düzensiz kristaller üretti ve Anopheles sergentii, Uranotaenia unguiculata, Culex univittatus, Aedes aegypti ve Culex pipiens gibi türlere karşı hızlı larvisidal toksisite sergiledi; yutulmasından saatler sonra ölüm gözlemlendi, bu da onu dipter hedefler için özelleşmiş yeni bir alt tür olarak işaretledi.^[19]^[22]

Daha sonra suş, 1978 yılında H. de Barjac tarafından resmen Bacillus thuringiensis var. israelensis serotip 14 olarak adlandırıldı.^[15]

Erken Araştırma ve Saha Denemeleri

1976 yılında İsrail’in Negev Çölü’ndeki bir göletten izole edilmesinin ardından, Bacillus thuringiensis subsp. israelensis (Bti), bir sivrisinek kontrol ajanı olarak potansiyelini değerlendirmek için ilk laboratuvar çalışmalarına tabi tutuldu.

H. de Barjac, Bti’yi dipter larvalarına karşı olağanüstü özgüllük ve potansa sahip yeni bir serovar (serotip 14) olarak daha da karakterize etti, onu diğer B. thuringiensis çeşitlerinden ayırdı ve toksikolojik profilini sağlamlaştırdı.

Bti’nin ilk saha denemeleri 1978 yılında Almanya’nın Ren Vadisi’nde, taşkın suyu habitatlarındaki Aedes vexans larvalarını hedef alarak gerçekleşti; burada uygulamalar kayda değer bir çevresel bozulma olmaksızın etkili larva ölümü sağladı.^[23]

Bu denemeler, Alman Sivrisinek Kontrol Birliği’nin (KABS) erken benimsemesini teşvik etti; KABS, 1970’lerin sonlarından itibaren taşkın suyu sivrisineklerine karşı rutin operasyonlara Bti’yi entegre etti ve bu da geniş su basmış alanlarda sürekli kullanıma yol açtı. Dikkat çekici bir şekilde, Yukarı Ren Vadisi’ndeki A. vexans popülasyonlarının izlenmesi, 45 yılı aşkın süredir yalnızca Bti uygulanmasına rağmen dirence dair hiçbir kanıt göstermemiştir^[24], bu da suşun entegre zararlı yönetimindeki dayanıklılığını vurgulamaktadır.

Biyolojik Karakteristikler

Morfoloji ve Fizyoloji

Bacillus thuringiensis subsp. israelensis (Bti), mikroskobik gözlem altında genellikle tek hücreler, çiftler veya kısa zincirler halinde görünen, yaklaşık 0,8–1,2 μm genişliğinde ve 2,5–5,0 μm uzunluğunda tipik boyutlara sahip Gram-pozitif, çubuk şeklinde bir bakteridir.^[25] Vejetatif hücreler hareketlidir, yüzeyler boyunca sürünme ve kemotaktik hareketi sağlayan peritrichous (hücrenin her yanından çıkan) kamçılarla hareket ederler. Bu hareketlilik, Bti kolonilerinin koordineli kamçı aktivitesiyle genişlediği yarı katı agar ortamlarında özellikle belirgindir.

Endospor oluşturan bir bakteri olarak Bti, besin sınırlayıcı koşullar altında sporülasyona uğrar ve suşa bağlı olarak en boy oranında varyasyonlarla genellikle elipsoid (oval) şekilde dirençli endosporlar üretir.^[26] Örneğin, AM65-52 suşunun sporları, 1,26 μm ortalama uzunluk, 0,78 μm genişlik ve 0,64 en boy oranı ile daha küresel bir morfoloji sergilerken, AR23 ve BUPM98 gibi diğer suşlar daha uzun elipsoidler üretir.^[26] Bu sporlar ana hücre içinde merkezi veya terminal altı konumdadır ve bakterinin çevresel kalıcılığına katkıda bulunur.

Fizyolojik olarak Bti fakültatif bir aerobdur ve besin açısından zengin ortamlarda 30°C’de optimal çoğalma gerçekleşir.^[27] Büyümenin durağan fazı sırasında, özellikle sporülasyon ortamlarında Bti, sporlarla birlikte oluşan protein inklüzyonlarından oluşan parasporal kristaller sentezler ve biyolojik kontrol uygulamalarındaki rolünü artırır.^[28] Büyüme 6,0–8,0 pH aralığında desteklenir, ancak mezofilik koşulların dışında aktivite azalır.^[29]

Genetik ve Moleküler Özellikler

Bacillus thuringiensis subsp. israelensis, tek bir dairesel kromozom ve çoklu plazmidlerden oluşan bir genoma sahiptir; kromozom tipik olarak yaklaşık 5,4 ila 5,5 Mb boyutundadır.^[30] Suşlar genelinde tam genom boyutu ortalama yaklaşık 6,1 Mb’dir ve bu durum, temel fonksiyonel genleri barındıran kromozom dışı elementlerin ek katkısını yansıtır.^[31] Bu yapı, plazmidlerin spor fazına geçiş sırasında ifade edilen proteinlerin kodlanmasında rol oynadığı bakterinin sporülasyon sürecini destekler.^[32]

Genetik yapının belirgin bir özelliği, insektisidal proteinleri kodlayan büyük plazmidlerin varlığıdır; pBtoxis, yaklaşık 128 kb boyutunda birincil toksin kodlayan megaplazmiddir.^[33] Bu plazmid, dipter larvalarına özgü sitolitik (Cyt) ve kristal (Cry) toksinleri için kümelenmiş genler içerir ve dizisi, genetik hareketliliği kolaylaştıran insersiyon dizileri ile modüler bir organizasyon ortaya koyar.^[33] Özellikle subsp. israelensis‘i tanımlayan H-14 serotipindeki suş varyasyonları, sıklıkla ek virülans faktörleri taşıyabilen 200 kb ila 350 kb üzeri arasında değişen ek plazmidler içerir, ancak pBtoxis izolatlar arasında yüksek oranda korunur.^[34]^[32]

B. thuringiensis subsp. israelensis‘in moleküler tanımlaması, serovarları flagellar (H) antijenlere dayalı olarak ayıran H-serotiplemesine dayanır; H-14 tipi, hag geni tarafından kodlanan spesifik flagellin epitopları ile karakterize edilir.^[35]^[36] Ek olarak, PCR tabanlı yöntemler pBtoxis’ten cry4A, cry11A ve cyt1A gibi toksin genlerini çoğaltarak, serolojik testler olmaksızın hızlı genotipleme ve insektisidal potansiyelin doğrulanmasını sağlar.^[37] Bu teknikler, biyopestisit uygulamaları için suş kimlik doğrulamasında yardımcı olan patojenite belirteçlerinin plazmid kaynaklı doğasını vurgular.^[37]

Ekoloji ve Dağılım

Doğal Yaşam Alanları

Bacillus thuringiensis subsp. israelensis (Bti), öncelikle spor oluşturan yaşam döngüsüne elverişli ortamlar olan toprak, durgun göletler ve sucul tortularda (sedimanlarda) yaşar. Düşük oksijen ve organik açıdan zengin koşullarla karakterize edilen bu sucul nişler, özellikle Diptera üreme alanları ile ilişkili olarak Bti’nin doğal çoğalmasını destekler.^[38]

Küresel olarak Bti, ılıman sulak alanlar ve kurak bölgeler dahil olmak üzere çeşitli ekosistemlerdeki topraklarda yaygın bir dağılım sergiler. Sporların gram başına 10^6 ila 10^7 yoğunlukta bulunduğu İsviçre sulak alan rezervlerinden alınan toprak örneklerinde ve Alman nehir kenarı topraklarında benzer miktarlarda tespit edilmiştir.^[39] Ayrıca, çürüyen odun, yaban arısı yuvaları ve depolanmış tahıl ürünleri gibi böceklerle ilişkili mikro habitatlardan Bti suşları izole edilmiş, bu da karasal organik maddeye uyum yeteneğini göstermektedir.^[40]

Bti’nin bu habitatlardaki kalıcılığı, kuruma ve sıcaklık dalgalanmaları gibi çevresel streslere dayanmak için uyku durumuna geçen, toprak ve tortularda yıllarca canlı kalan endosporları ile kolaylaştırılır.^[41] Sucul tortularda, sporlar doğal birikim ve yeniden süspansiyon süreçleri yoluyla geri dönüştürülebilir, dış girdiler olmadan uzun süreler boyunca popülasyonları sürdürebilir. 2022 itibarıyla yapılan son çalışmalar, tortularda aylarca hatta yıllarca süren spor kalıcılığını doğrulamakta olup, sulak alan biyoçeşitliliği üzerindeki potansiyel uzun vadeli etkiler için izleme devam etmektedir.^[39]^[42] Bu uyku hali (dormansi), sulak alan millerinden kurak kumlara kadar dünya çapındaki çeşitli toprak tiplerinde uzun süreli hayatta kalmayı sağlar.

Ekosistemlerdeki Etkileşimler

Bacillus thuringiensis israelensis (Bti), öncelikle sivrisinekler (Aedes, Culex ve Anopheles) ve kara sinekler gibi Diptera türlerinin larvaları olan doğal konakçılarıyla, geçici göletler ve sulak alanlar gibi sucul ekosistemlerde etkileşime girer. Bu etkileşimler, larvalar organik maddelerle beslenirken Bti sporlarını ve kristallerini yuttuğunda meydana gelir ve üreme alanlarındaki konakçı popülasyonlarını sınırlayan hedeflenmiş ölümlere yol açar. Bti, sporların yerel varlığı sürdürmek için larva leşleri içinde geri dönüştürülebildiği bu ortamlarda nematoser Diptera’ya ekolojik özgüllük gösterir.^[1]

Bti ayrıca toprak ortamlarındaki solucanların bağırsaklarında da tespit edilmiştir, bu da döküntü beslenmesi sırasında tesadüfi yutulmayı gösterir, ancak doğal maruziyet seviyelerinde çoğalmaz veya zarara neden olmaz. Çalışmalar, Bti sporlarının solucan sindirim sistemlerinden vejetatif hücre sayılarını artırmadan veya tipik koşullar altında enfeksiyona neden olmadan geçtiğini doğrulamaktadır.^[43]^[44]

Hedef dışı ilişkilerle ilgili olarak Bti, doğal ortamlarda bakteri, protozoa veya mantar popülasyonlarında önemli bir değişiklik olmaksızın toprak mikrobiyal toplulukları üzerinde minimal doğrudan etki sergiler. Benzer şekilde, kolemboller veya yırtıcı böcekler gibi hedef dışı eklembacaklılara doğrudan toksisite ihmal edilebilir düzeydedir, çünkü Bti’nin insektisidal aktivitesi diğer grupların çoğunda bulunmayan spesifik Diptera reseptörleri ile sınırlıdır. Bununla birlikte, kironomid tatarcıklar gibi hedef dışı sucul omurgasızlar, tortularda filtreyle beslenme yoluyla Bti sporlarını alabilir ve düşük doğal konsantrasyonlarda hemen ölümcül olmadan spor kalıcılığı için rezervuar görevi görebilirler.^[44]^[43]^[45]

Besin ağı döngüsünde, Bti toksinleri sucul ve toprak ortamlarında hızla bozunur; sedimantasyon, UV maruziyeti ve mikrobiyal parçalanma nedeniyle biyoaktivite 45 gün içinde %25’in altına düşer, bu da uzun süreli toksisiteyi en aza indirir. Buna karşın, Bti sporları daha fazla kalıcılık sergiler, topraklarda ve tortularda aylarca veya yıllarca canlı kalır ve burada organik substratlara dahil olabilirler. Bu spor uzun ömürlülüğü, yutma ve pasif yayılma yoluyla solucanlar ve toprak omurgasızları gibi döküntü yiyiciler üzerinde dolaylı etkiye izin verir, potansiyel olarak genel ağ yapısını bozmadan yerel mikrobiyal-döküntü dinamiklerini değiştirir.^[44]^[46]^[47]

Biyopestisit Olarak Uygulamalar

Hedef Organizmalar

Bacillus thuringiensis israelensis (Bti), öncelikle Nematocera alt takımındaki dipter böceklerin larva evrelerini hedefler; bunlar arasında sivrisinekler (Aedes spp., Culex spp., Anopheles spp.), kara sinekler (Simulium spp.) ve mantar sivrisinekleri (Bradysia spp.) bulunur.^[48] Bti’ye duyarlı spesifik sivrisinek türleri arasında Aedes aegypti, Culex pipiens ve Anopheles gambiae yer alırken, çeşitli Simuliidae türlerinden kara sinek larvaları ve Bradysia coprophila ile Bradysia impatiens gibi mantar sivrisinekleri de etkili bir şekilde kontrol edilir. 2025 itibarıyla, on yıllardır kullanılmasına rağmen bu hedef türlerde Bti’ye karşı yaygın bir direnç bildirilmemiştir.^[48]^[4]^[49]

Bti’nin özgüllüğü, Nematocera larvalarının alkali orta bağırsağında yutulan ve aktive edilen kristal toksinlerin üretiminden kaynaklanır; bu durum, filtreyle beslenen bu dipterlere karşı yüksek toksisiteye yol açarken, yetişkin böcekler veya dipter olmayan türlere karşı aktivite göstermez.^[48]^[40] Bu hedeflenmiş eylem, Nematocera alt takımı içindeki amaçlanan larva zararlıları dışındaki etkiyi en aza indirir.^[48]

Etkinliğine rağmen, kapta üreyen Aedes aegypti ve Aedes albopictus‘un Bti kontrolü, üreme alanlarının dağınık ve genellikle erişilemez doğası nedeniyle zorluklarla karşılaşır; bu durum tüm kaplar ele alınmazsa eksik tedavi kapsamına ve hızlı yeniden istilaya yol açabilir.^[50]^[40]

Ticari Formülasyonlar ve Kullanım

Bacillus thuringiensis israelensis (Bti), sivrisinek larvalarına karşı biyopestisit olarak etkili dağıtım için tasarlanmış çeşitli formülasyonlarda ticari olarak mevcuttur. Yaygın ürünler arasında Summit Responsible Solutions’ın sırasıyla briket ve granül formları olan, göletler, kuş banyoları ve drenaj alanları gibi durgun su kaynaklarında uygulamaya uygun Mosquito Dunks ve Mosquito Bits bulunur.^[51] Valent BioSciences tarafından üretilen VectoBac, sulu süspansiyon konsantreleri, suda dağılabilir granüller ve yüzen/batan granüller dahil olmak üzere çeşitli sucul ortamlarda hedeflenen kullanıma olanak tanıyan çok yönlü seçenekler sunar. Central Life Sciences’tan Duplex-G gibi kombinasyon ürünleri, 28 güne kadar uzatılmış kontrol için Bti’yi böcek büyüme düzenleyicisi S-metopren ile entegre eder.^[52] Islanabilir tozlar, granüller ve briketler gibi bu formülasyonlar, suda kontrollü salınım ve kalıcılık sağlar; briketler işlem gören alanlarda birkaç haftaya kadar uzatılmış etkinlik sunar.^[53]^[54]

Bti için uygulama yöntemleri öncelikle doğrudan yerleştirme veya larva habitatlarına püskürtmeyi içerir. Mosquito Dunks gibi briketler pasif salınım için durgun suda yüzdürülür veya batırılırken, VectoBac G veya Mosquito Bits gibi granüller batmak ve larvaları hedeflemek için su yüzeylerine serpilir.^[55]^[56] Sıvı ve ıslanabilir toz formülasyonları, sulak alanlarda veya kentsel su toplama havzalarında daha büyük ölçekli tedaviler için havadan püskürtme, sırt tipi sis püskürtücüler veya el tipi basınçlı püskürtücüler yoluyla uygulanır.^[4]^[57] İzleme programlarında Bti, yumurtlama substratlarına sahip küçük su dolu kaplar olan ovitraplara dahil edilir; örneğin güney İsviçre’de Aedes sürveyansı için kullanılanlarda, Bti çözeltisi tuzağa düşen yumurtalarda larva gelişimini engeller.^[58]

Bti, 1980’lerden bu yana küresel vektör kontrol çabalarının ayrılmaz bir parçası olmuştur ve 2025 itibarıyla Dünya Sağlık Örgütü (WHO) ve Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezleri (CDC) tarafından sıtma, dang humması ve sivrisinek kaynaklı diğer hastalıkların önlenmesinde larva kaynağı yönetimi için önerilmeye devam etmektedir.^[59]^[60] Sulak alanlar ve sucul ekosistemler için entegre zararlı yönetimi (IPM) programlarında yaygın olarak kullanılmaktadır; burada uygulamalar, bataklıklar ve pirinç tarlaları gibi hassas habitatlarda sürdürülebilir kontrolü destekleyerek hedef dışı organizmalar üzerindeki etkileri en aza indirirken sivrisinek larvalarını hedefler.^[61]^[62]

Etki Mekanizması

Toksin Üretimi

Bacillus thuringiensis subsp. israelensis (Bti), insektisidal toksinlerini yaşam döngüsünün sporülasyon evresinde, endosporların oluşumuyla eş zamanlı olarak sentezler. Bu toksinler, δ-endotoksinler olarak adlandırılan protoksinlerden oluşan ve ana hücre içinde inklüzyon cisimcikleri halinde bir araya gelen parasporal kristaller olarak üretilir. Kristaller bipiramidal veya küresel şekildedir ve sporülasyonun sonunda hücrenin kuru ağırlığının önemli bir kısmını temsil eder.^[21]

Bti’deki birincil toksinler arasında cry genleri tarafından kodlanan Cry4Aa, Cry4Ba ve Cry11Aa ile birlikte, Cry proteinlerinin toksisitesini sinerjik etkileşimler yoluyla artıran sitolitik bir toksin olan Cyt1Aa bulunur. Bu proteinler parasporal inklüzyonların ana bileşenleridir; Cry4Aa ve Cry4Ba dipter larvalarının orta bağırsak epitelini hedeflerken, Cry11Aa sivrisinek türlerine karşı geniş aktivite gösterir. Cyt1Aa özellikle hücre zarlarını bozar ve bir reseptör veya adjuvan görevi görerek Cry toksinlerinin etkisini kolaylaştırır.^[63]

Bu toksinlerden sorumlu genler, plazmid kodludur (öncelikle büyük pBtoxis megaplazmidinde) ve ifadeleri, σ^E ve σ^K gibi sporülasyona özgü sigma faktörleri tarafından tetiklenerek durağan büyüme fazı sırasında sıkı bir şekilde düzenlenir. Transkripsiyon, durağan fazın başlangıcında başlar ve inklüzyon cisimciklerinde protoksinlerin birikmesine yol açar. Toksin profillerinde suş varyasyonları mevcuttur; bazı Bti izolatları, genel larvisidal potansı etkileyen Cry10Aa veya Cyt2Ba gibi ek küçük toksinler üretir.^[64]

Toksisite Süreci

Bacillus thuringiensis israelensis (Bti) toksinlerinin toksisite süreci, sivrisinek larvalarının Cry4Aa, Cry4Ba, Cry11Aa ve Cyt1Aa gibi protoksinleri içeren bakteriyel parasporal kristalleri yutmasıyla başlar. Larva orta bağırsağının alkali ortamında (pH >9), kristaller çözünerek protoksinleri serbest bırakır.^[65] Orta bağırsak proteazları daha sonra bu protoksinleri aktif toksin formlarına böler; örneğin Cry11Aa protoksini, N-terminal bir peptidin çıkarılmasıyla 34- ve 32-kDa fragmanlarına işlenir.^[65] Protoksinler proteolitik olarak değiştirilinceye kadar toksik olmadığından bu aktivasyon adımı esastır.^[66]

Aktive edilmiş Cry toksinleri daha sonra Aedes aegypti gibi türlerde kadherin benzeri proteinler, alkali fosfataz veya aminopeptidaz N gibi orta bağırsağın fırçamsı kenar (brush border) epitel hücreleri üzerindeki spesifik reseptörlere bağlanır. Reseptör bağlanması, toksinlerde konformasyonel bir değişikliğe neden olur ve alan I α-helisleri aracılığıyla zara yerleşen ön-gözenek (pre-pore) yapılarına oligomerizasyonu teşvik eder.^[65] Bu oligomerler, yaklaşık 1-2 nm çapında katyon seçici gözenekler halinde bir araya gelerek orta bağırsak hücrelerinin kolloid-ozmotik lizisine, iyonik dengesizliğe, bağırsak felcine ve nihayetinde septisemi ve larva ölümüne yol açar.^[66] Cyt1Aa, deterjan benzeri bir şekilde zar fosfolipidleri ile doğrudan etkileşime girerek lipid çift katmanını daha da bozarak bu faza katkıda bulunur.

Bti toksinleri arasındaki sinerji, genel toksisiteyi artırır ve direnç gelişimini geciktirir. Cyt1Aa, düşük bağımsız toksisiteye rağmen, Cry11Aa gibi Cry toksinleri için bir vekil zara bağlı reseptör görevi görür ve spesifik döngüleri (örneğin, β6-αE ve β7) içeren etkileşimler yoluyla bunların bağlanmasını ve ön-gözenek oligomerizasyonunu kolaylaştırır.^[67] Bu işbirlikçi eylem, Aedes aegypti larvaları ile yapılan deneylerde gösterildiği gibi Cry11Aa potansını birkaç kat artırabilir ve kısmen dirençli popülasyonlarda toksisitenin geri kazanılmasına yardımcı olur.^[68]

Güvenlik, Çevresel Etki ve Düzenleme

İnsanlar ve Hedef Dışı Türler İçin Güvenlik

Bacillus thuringiensis israelensis (Bti) insanlara karşı akut toksisite göstermez ve düzenleyici kurumlar tarafından güvenlik açısından kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiştir. ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA), Bti’yi ilk kez 1983 yılında bir insektisit olarak tescil etmiş ve rutin toksisite testleri yürüterek, talimatlara uygun kullanıldığında önemli bir sağlık riski oluşturmadığı sonucuna varmıştır.^[69] ^[70] İnsan maruziyeti olayları nadirdir ve tipik olarak konsantre formülasyonlarla doğrudan temastan kaynaklanan hafif cilt veya göz tahrişi ile sınırlıdır, ancak hiçbir sistemik etki veya uzun vadeli sağlık endişesi belgelenmemiştir.^[2] ^[43]

Hedef dışı omurgalılarla ilgili olarak Bti; memeliler, kuşlar ve balıklar için toksik değildir. Laboratuvar çalışmaları, sıçanlara ve tavşanlara oral yolla uygulanan yüksek dozlarda Bti sporlarının hiçbir yan etkiye neden olmadığını, LD50’nin pratik maruziyet seviyelerini aştığını göstermiştir.^[43] Benzer şekilde, saha uygulamalarında kullanılan konsantrasyonların çok üzerindeki konsantrasyonlarda bile kuş türlerine veya alabalık ve mavi güneş balığı gibi balıklara karşı toksisite göstermez.^[6] ^[71] Bu güvenlik profili, Bti’nin çevrede abiyotik ve biyotik süreçlerle hızla bozunmasına ve uzun süreli maruziyeti en aza indirmesine atfedilir.^[2]

Hedef dışı omurgasızlar için Bti, öncelikle Diptera larvalarına olan özgüllüğü nedeniyle ihmal edilebilir doğrudan etkilere sahiptir. İşlenmiş polen veya nektarın yutulmasından sonra bile hayatta kalma oranları etkilenmeyen bal arıları gibi yararlı böceklere karşı toksisite göstermez.^[72] Solucanlar da standart uygulama oranlarında benzer şekilde zarar görmez; saha ve laboratuvar deneyleri hayatta kalmaları veya üremeleri üzerinde hiçbir etki olmadığını doğrulamaktadır.^[44] ^[43] Sucul ekosistemlerde Bti, makro omurgasızlar gibi hedef dışı yırtıcılar üzerinde düşük doğrudan toksisite uygular; çalışmalar, önerilen dozlarda uygulandığında topluluk yapısı üzerinde sınırlı etkiler olduğunu göstermektedir.^[73] ^[40]

Ekolojik Etkiler

Sivrisinek kontrolü için Bacillus thuringiensis subsp. israelensis (Bti) uygulaması, kironomid tatarcıklar, balıklar ve amfibiler dahil olmak üzere hedef dışı organizmalar için kilit bir av tabanı oluşturan larva sivrisinek popülasyonlarını azaltarak sucul besin ağlarını bozar.^[46] Bu azalma, kuşlar için omurgasız av mevcudiyetinin azalması (örneğin, ev kırlangıçları için avda %33 düşüş, %36 daha düşük yavru başarısı ile ilişkili) ve yırtıcı diyetlerinde kaymalar gibi daha yüksek trofik seviyelere basamaklanabilir.^[74] Sulak alan ekosistemlerinde, kironomid bolluğu, önerilen oranlarda tedavilerin ardından genellikle %41-84 oranında düşer ve koruma alanlarında 2-3 yıl boyunca biyoçeşitliliği ve topluluk yapısını potansiyel olarak değiştirir.^[75] Bu dolaylı etkiler, dipter larvalarının döküntü işlemedeki ekolojik rolünden ve amfibiler ile balıklar için yem olmasından kaynaklanır, ancak iyileşme habitata göre değişir.^[76]

Bti sporları, biriktikleri ve uzun süre canlı kaldıkları sulak alan tortularında dikkate değer bir kalıcılık ve geri dönüşüm gösterir, böylece döküntü yiyiciler (detritivorlar) ve bentik topluluklar üzerindeki ekolojik etkileri uzatır.^[42] Uygulama sonrası spor yoğunlukları, kironomidler gibi organizmalarla etkileşimler yoluyla çimlenmeyi ve çoğalmayı tetikleyen mevsimsel ısınmanın etkisiyle arka plan seviyelerinin 22-500 katına kadar (örneğin, bitkili tortularda 50.000 CFU g⁻¹’ye ulaşarak) çıkabilir.^[77] Bu geri dönüşüm, sporların larva leşlerinde çimlenmesi ve su sütununa veya tortulara yeniden girmesiyle oluşur; detritivorları popülasyonlarını azaltarak (örneğin, işlenmiş alanlarda %66-73 daha düşük kironomid yoğunluğu) ve organik madde parçalanma süreçlerini değiştirerek etkiler.^[77] Tortu organik içeriği ve bitki örtüsü tipi, spor ömrünü daha da modüle eder; püskürtme durdurulduktan sonra yoğunlukların işlem görmemiş temel seviyelere dönmesi 3-4 yıl alır.^[42]

Uzun vadeli saha ve mezokozm çalışmaları, Bti’nin sucul böcek çıkışında ve topluluk bileşiminde (daha erken zirveler ve kironomid baskınlığının azalması gibi – farklılığa katkısı %86,5’ten %50,7’ye) başlangıçta değişikliklere neden olmasına rağmen, bu etkilerin büyük ölçüde 1-3 yıl içinde dağıldığını ve yaygın besin ağı çöküşüne dair bir kanıt olmadığını ortaya koymaktadır.^[78] Örneğin, dört yıllık izleme boyunca, önemli bozulmalar yalnızca ilk yılda meydana gelmiş, bunu daha toleranslı türlere doğru kaymalar ve Bti etkilerini aşan doğal değişkenlikten etkilenen iyileşme izlemiştir.^[79] Epigeal (toprak üstü) ve toprak eklembacaklı toplulukları, nehir kıyısı bolluklarının azalması dahil olmak üzere spor kalıcılığı nedeniyle uzun süreli değişiklikler yaşayabilir, ancak genel ekosistem direnci, kimyasal pestisitlerin daha geniş, kalıcı toksisitesi ile tezat oluşturur.^[80] Bu bulgular, biyoçeşitlilik ve trofik dinamiklerdeki potansiyel kümülatif değişimleri hafifletmek için tekrar tekrar işlem gören sulak alanlarda izleme ihtiyacını vurgulamaktadır.^[76]

Yasal Durum

Bacillus thuringiensis israelensis (Bti), ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) tarafından Federal İnsektisit, Fungisit ve Rodentisit Yasası (FIFRA) kapsamında mikrobiyal bir pestisit olarak tescil edilmiştir; belirli suşlar için ilk onaylar 1983’te verilmiş ve durgun sulardaki sivrisinek larvalarına karşı vektör kontrolü için onaylar devam etmektedir.^[61] EPA, Aedes ve Culex türleri gibi hastalık vektörleri için entegre zararlı yönetimindeki rolünü vurgulayarak, konut, ticari ve halk sağlığı uygulamaları için 48 pestisit ürününe dahil edilen beş Bti suşunu onaylamıştır.^[4]

Uluslararası alanda, Dünya Sağlık Örgütü (WHO), ürün kalitesi ve içme suyu kaynaklarında uygulama spesifikasyonları da dahil olmak üzere halk sağlığı programlarında sivrisinek kontrolü için Bti’yi güvenli ve etkili bir bakteriyel larvisit olarak önermektedir.^[81] Avrupa Birliği’nde, serotip H-14 (AM65-52 ve SA3A) gibi Bti suşları, (EC) No 1107/2009 Tüzüğü kapsamında aktif maddeler olarak onaylanmış olup, 2008’den beri Ek I’e dahil edilmiş ve bitki koruma ve vektör kontrol ürünlerinde kullanım için en az 2026’ya kadar uzatılmıştır.^[82]^[83] Birleşik Krallık’ta, GB Biyosidal Ürünler Yönetmeliği (GB BPR) ve Pestisitlerin Kontrolü Yönetmelikleri (COPR) kapsamında, Bti suşu AM65-52, düşük çevresel riski doğrulayan değerlendirmelerle sivrisinekler dahil dipter larvalarını kontrol etmek için yetkilendirilmiştir.^[84]

Bti için düzenleyici kılavuzlar, etkinliği sağlarken çevresel maruziyeti en aza indirmek için kontrollü uygulamayı vurgular. Havadan püskürtme için tipik oranlar, su koşullarına ve larva evrelerine bağlı olarak dönüm (acre) başına 2,5 ila 10 pound arasında değişir; AB kısıtlamaları, birikimi önlemek için tedavileri alan başına 10 günlük aralıklarla sekiz uygulamayla sınırlar.^[85]^[86] Sivrisinek popülasyonlarında direnç için devam eden izleme, EPA ve WHO gibi kurumlar tarafından gereklidir; Aedes vexans ve Culex pipiens gibi türler üzerindeki biyodenemelerle doğrulandığı üzere, on yıllarca süren kullanıma rağmen belgelenmiş bir saha direnci vakası gözlemlenmemiştir. 2025 itibarıyla laboratuvar çalışmaları, uzun süreli maruziyetten sonra Aedes aegypti gibi kilit türlerde saha direnci olmadığını doğrulamaktadır.^[4]^[87]^[49] Bu direnç eksikliği, hedef dışı organizmalar için olumlu güvenlik profiliyle desteklenerek Bti’nin devam eden onayını desteklemektedir.^[4]