Abstract Bioinsecticides made from the bacterium Bacillus thuringiensis ( Bt ) are the best-selling bioinsecticide worldwide. Among Bt bioinsecticides, those based on the strain Bt var. kurstaki ( Btk ) are widely used in farming to specifically control pest lepidopteran larvae. Although there is much evidence of the lack of acute lethality of Btk products for non-target animals, only scarce data are available on their potential non-lethal developmental adverse effects. Using doses that could be reached in the field upon sprayings, we have shown that Btk products impair growth and developmental time of the non-target dipteran Drosophila melanogaster . These effects are mediated by the synergy between Btk bacteria and Btk insecticidal toxins, which induces a significant apoptosis of larval enterocytes, resulting in a decreased intestinal capacity to digest proteins. The harmful effects can be mitigated by a protein-rich diet or by adding the probiotic bacterium Lactobacillus plantarum into the food. Finally, we showed that the larval midgut maintain its integrity upon Btk aggression thanks to both the flattening of surviving enterocytes and the generation of new immature cells arising from the adult midgut precursor cells.

Biopesticides based on Bacillus thuringiensis ( Bt ) spores and toxins are alternate pest management solutions widely used to control insect pests. Their increasing use could lead to accumulation in the environment, hence leading to chronic exposure of non-target organisms. Here, we tested for potential non-intentional side-effects of chronic exposure to Bt biopesticide on larvae of non-target Drosophila species present in Bt -treated areas. Doses up to those recommended for field application (106 CFU/g of fly medium) had no effect on the fly development, whereas doses 10 to 100-fold higher (107-108 CFU/g) increased developmental time and decreased adult emergence rates in a dose-dependent manner and with varying effect amplitudes for all the species and strains tested. For all them, all larvae died before pupation at the highest dose tested (109 CFU/g). Focusing on D. melanogaster , delayed development and reduced emergence resulted from stage-dependent larval mortality, and fitness-related traits of adult flies emerging from surviving Bt biopesticide exposure were moderately increased. The effects of Bt biopesticide seemed to result from the spores/cleaved toxins synergy, and possibly additives. While recommended doses had no effect on non-target Drosophila species, misuse or local accumulation of Bt bioinsecticides in the environment could have non-intentional side-effects on fly populations with potential implications for their associated communities.

Strains of the Bacillus cereus (Bc) group are sporulating bacteria commonly associated with foodborne outbreaks. Spores are dormant cells highly resistant to extreme conditions. Nevertheless, the pathological processes associated with the ingestion of either vegetative cells or spores remain poorly understood. Here, we demonstrate that while ingestion of vegetative bacteria leads to their rapid elimination from the intestine of Drosophila melanogaster, a single ingestion of spores leads to the persistence of bacteria for at least 10 days. We show that spores do not germinate in the anterior part of the intestine which bears the innate immune defenses. Consequently, spores reach the posterior intestine where they germinate and activate both the Imd and Toll immune pathways. Unexpectedly, this leads to the induction of amidases, which are negative regulators of the immune response, but not to antimicrobial peptides. Thereby, the local germination of spores in the posterior intestine dampens the immune signaling that in turn fosters the persistence of Bc bacteria. This study provides evidence for how Bc spores hijack the intestinal immune defenses allowing the localized birth of vegetative bacteria responsible for the digestive symptoms associated with foodborne illness outbreaks.

SUMMARY Spores are considered as dormant entities highly resistant to extreme conditions. Among them, Bacillus cereus spores are commonly associated with foodborne outbreaks. Nevertheless, the pathological processes associated with spore ingestion and germination remain poorly understood. Here, we show that while ingestion of vegetative bacteria leads to their elimination from the midgut and small intestines of Drosophila and mice, respectively, a single ingestion of spores leads to the persistence of bacteria for at least 10 days. Using Drosophila genetics, we demonstrate that spores escape the innate immune response of the anterior midgut. Once in the posterior midgut, spores germinate, and the vegetative cells dampen the immune signaling through the induction of amidases which are negative regulators of the immune response. This study provides evidence for how B. cereus spores hijack the intestinal immune defenses allowing the localized birth of vegetative bacteria responsible for the digestive symptoms associated with foodborne illness outbreaks.

Abstract Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki ( Btk ) is a strong pathogen toward lepidopteran larvae thanks to specific Cry toxins causing leaky gut phenotypes. Hence, Btk and its toxins are used worldwide as microbial insecticide and in genetically modified crops, respectively, to fight crop pests. However, Btk belongs to the B. cereus group, some strains of which are well known human opportunistic pathogens. Therefore, ingestion of Btk along with food may threaten organisms not susceptible to Btk infection. Here we show that Cry1A toxins induce enterocyte death and intestinal stem cell (ISC) proliferation in the midgut of Drosophila melanogaster , an organism non-susceptible to Btk . Surprisingly, a high proportion of the ISC daughter cells differentiate into enteroendocrine cells instead of their initial enterocyte destiny. We show that Cry1A toxins weaken the Cadherin-dependent adherens junction between the ISC and its immediate daughter progenitor, leading the latter to adopt an enteroendocrine fate. Hence, though not lethal to non-susceptible organisms, Cry toxins can interfere with conserved cell adhesion mechanisms, thereby disrupting intestinal homeostasis and enteroendocrine functions.