Charakterystyka Bacillus thuringiensis, morfologia, cykl życiowy

717
Philip Kelley

Bakcyl thuringiensis jest to bakteria należąca do szerokiej grupy bakterii Gram-dodatnich, z których niektóre są chorobotwórcze, a inne całkowicie nieszkodliwe. Jest to jedna z najlepiej przebadanych bakterii ze względu na jej przydatność w rolnictwie..

Ta użyteczność polega na tym, że ta bakteria ma tę cechę, że w fazie sporulacji wytwarza kryształy, które zawierają białka, które okazują się toksyczne dla niektórych owadów, które są prawdziwymi szkodnikami dla upraw..

Kryształy toksyny B. thuringiensis. Jim Buckman jest uznawany, a oryginalnym przesyłającym jest P.R. Johnston. (w: en: Image: Bacillus thuringiensis.JPG) [domena publiczna], za pośrednictwem Wikimedia Commons

Wśród najbardziej wyróżniających się cech Bacillus thuringiensis to jego wysoka specyficzność, nieszkodliwość dla ludzi, roślin i zwierząt oraz minimalna resztkowość. Te cechy pozwoliły mu zająć pozycję jednej z najlepszych opcji leczenia i zwalczania szkodników, które nękały uprawy..

Skuteczne wykorzystanie tej bakterii stało się oczywiste w 1938 roku, kiedy pojawił się pierwszy pestycyd wyprodukowany z jej zarodników. Od tego czasu historia była długa i przez to Bacillus thuringiensis jako jedna z najlepszych opcji, jeśli chodzi o zwalczanie szkodników w rolnictwie.

Indeks artykułów

  • 1 Taksonomia
  • 2 Morfologia
  • 3 Charakterystyka ogólna
  • 4 Cykl życia
    • 4.1 Toksyna
  • 5 Zastosowania w zwalczaniu szkodników
    • 5.1 Mechanizm działania toksyny
    • 5.2 Bacillus thuringiensis i pestycydy
    • 5.3 Bacillus thuringiensis i żywność transgeniczna
  • 6 Wpływ na owady
  • 7 Referencje

Taksonomia

Klasyfikacja taksonomiczna Bacillus thuringiensis to jest:

Domena: Bakteria

Brzeg: Firmicutes

Klasa: Bacilli

Zamówienie: Pałeczki

Rodzina: Bacillaceae

Płeć: Bakcyl

Gatunki: Bacillus thuringiensis

Morfologia

Są to bakterie w kształcie pręcików z zaokrąglonymi końcami. Przedstawiają one pertryczny wzór wici, z wici rozmieszczonymi na całej powierzchni komórki.

Ma wymiary 3-5 mikrometrów długości i 1-1,2 mikrometrów szerokości. W ich kulturach doświadczalnych obserwuje się kolonie koliste o średnicy 3-8 mm, o regularnych krawędziach i wyglądzie „szlifowanego szkła”..

Podczas obserwacji pod mikroskopem elektronowym obserwuje się typowe wydłużone komórki połączone w krótkie łańcuchy.

Ten gatunek bakterii wytwarza zarodniki, które mają charakterystyczny elipsoidalny kształt i znajdują się w centralnej części komórki, nie powodując deformacji komórki..

Ogólna charakterystyka

Przede wszystkim Bacillus thuringiensis Jest to bakteria Gram-dodatnia, co oznacza, że ​​poddana barwieniu metodą Grama nabiera fioletowego zabarwienia.

Podobnie jest bakterią charakteryzującą się zdolnością do kolonizowania różnych środowisk. Udało się go wyizolować na wszystkich typach gleb. Występuje w szerokim zakresie geograficznym, występując nawet na Antarktydzie, jednym z najbardziej wrogich środowisk na naszej planecie..

Ma aktywny metabolizm, zdolny do fermentacji węglowodanów, takich jak glukoza, fruktoza, ryboza, maltoza i trehaloza. Może również hydrolizować skrobię, żelatynę, glikogen i N-acetyloglukozaminę.

W tym samym duchu Bacillus thuringiensis jest dodatni pod względem katalazy, będąc w stanie rozłożyć nadtlenek wodoru na wodę i tlen.

Po wyhodowaniu na podłożu agarowym z krwią zaobserwowano wzór hemolizy beta, co oznacza, że ​​ta bakteria jest zdolna do całkowitego zniszczenia erytrocytów..

Ze względu na wymagania środowiskowe do wzrostu wymaga zakresu temperatur od 10-15 ° C do 40-45 ° C. Podobnie jego optymalne pH wynosi od 5,7 do 7.

Plik Bacillus thuringiensis jest to bakteria ściśle tlenowa. Musi znajdować się w środowisku z dostateczną dostępnością tlenu.

Charakterystyczną cechą Bacillus thuringiensis polega na tym, że podczas procesu sporulacji wytwarza kryształy zbudowane z białka znanego jako toksyna delta. W ramach tych dwóch grup zidentyfikowano: Krzyk i Cyt.

Ta toksyna może powodować śmierć niektórych owadów, które są prawdziwymi szkodnikami dla różnych rodzajów upraw.

Koło życia

B. thuringiensis Ma cykl życiowy z dwiema fazami: jedną charakteryzuje się wzrostem wegetatywnym, drugą zarodnikowaniem. Pierwsza z nich występuje w sprzyjających warunkach rozwojowych, takich jak środowiska bogate w składniki pokarmowe, druga w niesprzyjających warunkach, przy niedoborze substratu pokarmowego.

Larwy owadów, takich jak motyle, chrząszcze czy muchy, między innymi podczas żerowania na liściach, owocach lub innych częściach rośliny, mogą połykać przetrwalniki bakterii B. thuringiensis.

W przewodzie pokarmowym owada, ze względu na swoje zasadowe właściwości, skrystalizowane białko bakterii jest rozpuszczane i aktywowane. Białko wiąże się z receptorem w komórkach jelitowych owadów, tworząc pory, które wpływają na równowagę elektrolitów, powodując śmierć owada..

W ten sposób bakteria wykorzystuje tkanki martwego owada do karmienia, namnażania i tworzenia nowych zarodników, które zakażą nowych żywicieli..

Toksyna

Toksyny produkowane przez B. thuringiensis wykazują wysoce specyficzne działanie u bezkręgowców i są nieszkodliwe dla kręgowców. Wtrącenia parasporalne B. thuringensis posiadają różnorodne białka o zróżnicowanej i synergistycznej aktywności.

B. thuringienisis Ma różne czynniki wirulencji, które obejmują, oprócz endotoksyn Cry i Cyt delta, niektóre egzotoksyny alfa i beta, chitynazy, enterotoksyny, fosfolipazy i hemolizyny, które zwiększają jego skuteczność jako entomopatogenów.

Toksyczne kryształy białka B. thuringiensis, ulegają degradacji w glebie w wyniku działania mikroorganizmów i mogą ulegać denaturacji pod wpływem promieniowania słonecznego.

Zastosowania w zwalczaniu szkodników

Potencjał entomopatogenny Bacillus thuringiensis był intensywnie wykorzystywany przez ponad 50 lat w ochronie upraw.

Dzięki rozwojowi biotechnologii i jej postępom udało się wykorzystać ten toksyczny efekt na dwa główne szlaki: produkcję pestycydów, które są stosowane bezpośrednio w uprawach oraz wytwarzanie żywności transgenicznej..

Mechanizm działania toksyny

Aby zrozumieć znaczenie tej bakterii w zwalczaniu szkodników, ważne jest, aby wiedzieć, w jaki sposób toksyna atakuje organizm owada..

Jego mechanizm działania dzieli się na cztery etapy:

Rozpuszczanie i przetwarzanie protoksyny płaczu: kryształy połknięte przez larwy owadów rozpuszczają się w jelicie. Dzięki działaniu obecnych proteaz przekształcają się one w aktywne toksyny. Toksyny te przenikają przez tak zwaną błonę peritroficzną (ochronną błonę komórek nabłonka jelitowego).

Wiązanie z odbiornikami: toksyny wiążą się z określonymi miejscami, które znajdują się w mikrokosmkach komórek jelitowych owada.

Wstawienie w membranę i tworzenie porów: Białka płaczu wbijają się w błonę i powodują całkowite zniszczenie tkanki poprzez tworzenie kanałów jonowych.

Cytoliza: śmierć komórek jelitowych. Dzieje się to poprzez kilka mechanizmów, z których najbardziej znany to cytoliza osmotyczna i inaktywacja układu utrzymującego równowagę pH..

Bacillus thuringiensis i pestycydy

Po zweryfikowaniu toksycznego działania białek wytwarzanych przez bakterie zbadano ich potencjalne zastosowanie w zwalczaniu szkodników w uprawach..

Przeprowadzono wiele badań w celu określenia szkodnikobójczych właściwości toksyn wytwarzanych przez te bakterie. Ze względu na pozytywne wyniki tych badań Bacillus thuringiensis stał się najczęściej stosowanym na świecie biologicznym środkiem owadobójczym do zwalczania szkodników, które uszkadzają i negatywnie wpływają na różne uprawy.

Źródło: Pixabay.com

Bioinsektycydy na bazie Bacillus thuringiensis ewoluowały w czasie. Od tych pierwszych, które zawierały same zarodniki i kryształy, do tzw. Trzeciej generacji, które zawierają zrekombinowane bakterie wytwarzające toksynę bt i mające takie zalety, jak docieranie do tkanek roślinnych.

Znaczenie toksyny wytwarzanej przez tę bakterię polega na tym, że jest ona skuteczna nie tylko przeciwko owadom, ale także przeciwko innym organizmom, takim jak nicienie, pierwotniaki i przywry..

Ważne jest, aby wyjaśnić, że ta toksyna jest całkowicie nieszkodliwa dla innych rodzajów istot żywych, takich jak kręgowce, grupa, do której należą ludzie. Dzieje się tak, ponieważ wewnętrzne warunki układu pokarmowego nie są idealne dla jego proliferacji i działania..

Bacillus thuringiensis i żywność transgeniczną

Dzięki postępowi technologicznemu, a zwłaszcza rozwojowi technologii rekombinacji DNA, udało się stworzyć rośliny genetycznie odporne na działanie owadów siejących spustoszenie w uprawach. Rośliny te są ogólnie znane jako żywność transgeniczna lub organizmy modyfikowane genetycznie..

Technologia ta polega na identyfikacji w genomie bakterii sekwencji genów kodujących ekspresję toksycznych białek. Później te geny są przenoszone do genomu leczonej rośliny..

Kiedy roślina rośnie i rozwija się, zaczyna syntetyzować toksynę, która została wcześniej wyprodukowana przez Bacillus thuringiensis, będąc wówczas odpornym na działanie owadów.

Istnieje kilka zakładów, w których zastosowano tę technologię. Należą do nich kukurydza, bawełna, ziemniaki i soja. Te uprawy są znane jako kukurydza BT, bawełna BT itp..

Oczywiście ta transgeniczna żywność wzbudziła pewne obawy w populacji. Jednak w raporcie opublikowanym przez Agencję Środowiska Stanów Zjednoczonych ustalono, że ta żywność do tej pory nie wykazywała żadnego rodzaju toksyczności ani uszkodzeń, ani u ludzi, ani u zwierząt wyższych..

Wpływ na owady

Kryształy B. thuringiensis rozpuszczają się w jelicie owada przy wysokim pH i uwalniają się protoksyny oraz inne enzymy i białka. W ten sposób protoksyny stają się aktywnymi toksynami, które wiążą się z wyspecjalizowanymi cząsteczkami receptorów na komórkach jelita..

Toksyna przez B. thuringiensis powoduje u owadów zaprzestanie połykania, porażenie jelit, wymioty, zaburzenia równowagi wydalania, dekompensację osmotyczną, ogólne porażenie i ostatecznie śmierć.

Na skutek działania toksyny w tkance jelitowej dochodzi do poważnych uszkodzeń, które uniemożliwiają ich funkcjonowanie, wpływając na przyswajanie składników odżywczych.

Jelito „Caenorhabditis elegans” zakażone przez „Bacillus thuringiensis”. Źródło: www.researchgate.net

Uważa się, że śmierć owada może być spowodowana kiełkowaniem zarodników i proliferacją komórek wegetatywnych w hemocele owada..

Uważa się jednak, że śmiertelność byłaby bardziej zależna od działania bakterii komensalnych zamieszkujących jelito owada i że po działaniu toksyny B. thuringiensis może spowodować posocznicę.

Toksyna z B. thuringiensis Nie oddziałuje na kręgowce, ponieważ trawienie pokarmu w tych ostatnich odbywa się w środowisku kwaśnym, w którym toksyna nie jest aktywowana.

Wyróżnia się jego wysoką specyficznością u owadów, szczególnie znanych z Lepidoptera. Uważany jest za nieszkodliwy dla większości entomofauny i nie ma szkodliwego działania na rośliny, to znaczy nie jest fitotoksyczny.

Bibliografia

  1. Hoffe, H. and Whiteley, H. (1989, czerwiec). Insektobójcze białka kryształów Bacillus thuringiensis. Przegląd mikrobiologiczny. 53 ust. 2. 242-255.
  2. Martin, P. and Travers, R. (1989, październik). Światowa obfitość i dystrybucja Bacillus thuringiensis Mikrobiologia stosowana i środowiskowa. 55 (10). 2437-2442.
  3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. and Yeon, H. (2007). Bacillus thuringiensis as a Specific, Safe and Effective Tool for Insect Pest Control. Journal of Microbiology and Biotechnology.17 (4). 547-559
  4. Sauka, D. i Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: ogólniki. Podejście do jej wykorzystania w biokontroli owadów z rzędu Lepidoptera, które są szkodnikami rolniczymi. Argentyński dziennik mikrobiologii. 40. 124-140
  5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. i Dean H. (1998, wrzesień). Bacillus thuringiensis i jego pestycydowe białko kryształowe. Recenzje mikrobiologii i biologii molekularnej. 62 ust. 3. 775-806.
  6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. and Villalobos, S. (2018, styczeń). Rodzaj Bacillus jako czynniki kontroli biologicznej i ich konsekwencje dla bezpieczeństwa biologicznego w rolnictwie. Mexican Journal of Phytopathology. Publikowanie online.

Jeszcze bez komentarzy