Vlastnosti Bacillus thuringiensis, morfologie, životní cyklus

2304
Anthony Golden

Bacil thuringiensis je to bakterie, která patří do široké skupiny grampozitivních bakterií, některé patogenní a jiné zcela neškodné. Je to jedna z bakterií, která byla nejvíce studována kvůli své užitečnosti v zemědělství..

Tato užitečnost spočívá ve skutečnosti, že tato bakterie má zvláštnost produkce krystalů během své sporulační fáze, které obsahují proteiny, které jsou toxické pro určitý hmyz, který představuje skutečného škůdce pro plodiny..

Krystaly toxinu B. thuringiensis. Autor: Jim Buckman a autor původního nahrávání je P.R. Johnston. (w: en: Image: Bacillus thuringiensis.JPG) [Public domain], via Wikimedia Commons

Mezi nejvýznamnější vlastnosti Bacillus thuringiensis jsou jeho vysoká specifičnost, neškodnost pro člověka, rostliny a zvířata, stejně jako jeho minimální rezidua. Tyto atributy mu umožnily umístit se jako jedna z nejlepších možností pro léčbu a kontrolu škůdců, kteří trápili plodiny..

Úspěšné použití této bakterie se projevilo v roce 1938, kdy se objevil první pesticid vyráběný s jeho spórami. Od té doby byla historie dlouhá a skrze ni Bacillus thuringiensis jako jedna z nejlepších možností, pokud jde o hubení zemědělských škůdců.

Rejstřík článků

  • 1 Taxonomie
  • 2 Morfologie
  • 3 Obecná charakteristika
  • 4 Životní cyklus
    • 4.1 Toxin
  • 5 Použití při hubení škůdců
    • 5.1 Mechanismus působení toxinu
    • 5.2 Bacillus thuringiensis a pesticidy
    • 5.3 Bacillus thuringiensis a transgenní potraviny
  • 6 Účinky na hmyz
  • 7 Reference

Taxonomie

Taxonomická klasifikace Bacillus thuringiensis to je:

Doména: Bakterie

Okraj: Firmicutes

Třída: Bacilli

Objednat: Bacillales

Rodina: Bacillaceae

Rod: Bacil

Druh: Bacillus thuringiensis

Morfologie

Jsou to tyčinkovité bakterie se zaoblenými konci. Představují pertrický bičíkový vzor, ​​přičemž bičíky jsou rozmístěny po celém povrchu buňky.

Má rozměry 3-5 mikronů dlouhé a 1-1,2 mikronů široké. V jejich experimentálních kulturách jsou pozorovány kruhové kolonie o průměru 3 - 8 mm, s pravidelnými okraji a vzhledem „broušeného skla“..

Při pozorování elektronovým mikroskopem jsou pozorovány typické podlouhlé buňky spojené do krátkých řetězců.

Tento druh bakterií produkuje spory, které mají charakteristický elipsoidní tvar a jsou umístěny ve střední části buňky, aniž by docházelo k deformaci buňky..

Obecná charakteristika

Za prvé, Bacillus thuringiensis Je to grampozitivní bakterie, což znamená, že při vystavení Gramovu barvení získá fialové zabarvení.

Stejně tak je to bakterie charakterizovaná svou schopností kolonizovat různá prostředí. Bylo možné ji izolovat na všech typech půd. Má širokou geografickou distribuci, kterou jsme našli dokonce v Antarktidě, jednom z nejnepřátelštějších prostředí na planetě..

Má aktivní metabolismus a je schopen fermentovat uhlohydráty, jako je glukóza, fruktóza, ribóza, maltóza a trehalóza. Může také hydrolyzovat škrob, želatinu, glykogen a N-acetylglukosamin.

Ve stejném duchu Bacillus thuringiensis je kataláza pozitivní a je schopná rozložit peroxid vodíku na vodu a kyslík.

Když byla kultivována na médiu na krevním agaru, byl pozorován vzorec beta hemolýzy, což znamená, že tato bakterie je schopna úplně zničit erytrocyty..

Pokud jde o environmentální požadavky na růst, vyžaduje teplotní rozmezí od 10 do 15 ° C do 40 až 45 ° C. Stejně tak je jeho optimální pH mezi 5,7 a 7.

The Bacillus thuringiensis je to přísná aerobní bakterie. Musí být v prostředí s dostatečnou dostupností kyslíku.

Charakteristickým rysem Bacillus thuringiensis je to, že během procesu sporulace generuje krystaly vyrobené z proteinu známého jako delta toxin. V rámci těchto dvou skupin byly identifikovány: Cry a Cyt.

Tento toxin je schopen způsobit smrt určitého hmyzu, který představuje skutečného škůdce pro různé druhy plodin.

Životní cyklus

B. thuringiensis Má životní cyklus se dvěma fázemi: jednou z nich je vegetativní růst a druhou sporulací. První z nich se vyskytuje v příznivých podmínkách pro vývoj, jako je prostředí bohaté na živiny, druhá v nepříznivých podmínkách, s nedostatkem potravinového substrátu.

Larvy hmyzu, jako jsou motýli, brouci nebo mouchy, mj. Při krmení listy, plody nebo jinými částmi rostliny, mohou pohltit endospory bakterií B. thuringiensis.

V zažívacím traktu hmyzu se díky jeho alkalickým vlastnostem krystalický protein bakterií rozpustí a aktivuje. Protein se váže na receptor na střevních buňkách hmyzu a vytváří póry, které ovlivňují rovnováhu elektrolytů a způsobují smrt hmyzu..

Bakterie tedy využívá tkáně mrtvého hmyzu ke krmení, množení a tvorbě nových spor, které infikují nové hostitele..

Toxin

Toxiny produkované B. thuringiensis vykazují vysoce specifický účinek u bezobratlých a jsou neškodné u obratlovců. Parasporální inkluze B. thuringensis mají různé proteiny s různou a synergickou aktivitou.

B. thuringienisis Má různé faktory virulence, které zahrnují kromě endotoxinů Cry a Cyt delta určité alfa a beta exotoxiny, chitinázy, enterotoxiny, fosfolipázy a hemolysiny, které zvyšují jeho účinnost jako entomopatogenů.

Krystaly toxického proteinu z B. thuringiensis, jsou degradovány v půdě mikrobiálním působením a mohou být denaturovány dopadem slunečního záření.

Použití při hubení škůdců

Entomopatogenní potenciál Bacillus thuringiensis je již více než 50 let vysoce využíván při ochraně plodin.

Díky rozvoji biotechnologie a jejím pokrokům bylo možné tento toxický účinek využít dvěma hlavními způsoby: produkcí pesticidů, které se používají přímo na plodinách, a tvorbou transgenních potravin..

Mechanismus účinku toxinu

Abychom pochopili význam této bakterie při hubení škůdců, je důležité vědět, jak toxiny útočí v těle hmyzu..

Jeho mechanismus působení je rozdělen do čtyř fází:

Cry protoxin solubilizace a zpracování: krystaly požité larvami hmyzu se rozpouštějí ve střevě. Díky působení přítomných proteáz se transformují na aktivní toxiny. Tyto toxiny procházejí takzvanou peritrofickou membránou (ochranná membrána buněk intestinálního epitelu).

Vazba na přijímače: toxiny se vážou na specifická místa, která se nacházejí v mikroklcích střevních buněk hmyzu.

Vložení do membrány a tvorba pórů: Cry proteiny se vkládají do membrány a způsobují totální destrukci tkáně tvorbou iontových kanálů.

Cytolýza: smrt střevních buněk. K tomu dochází prostřednictvím několika mechanismů, z nichž nejznámější je osmotická cytolýza a deaktivace systému, který udržuje rovnováhu pH..

Bacillus thuringiensis a pesticidy

Jakmile byl ověřen toxický účinek proteinů produkovaných bakteriemi, bylo studováno jejich potenciální použití při hubení škůdců v plodinách..

Bylo provedeno mnoho studií ke stanovení pesticidních vlastností toxinu produkovaného těmito bakteriemi. Vzhledem k pozitivním výsledkům těchto šetření Bacillus thuringiensis stal se celosvětově nejpoužívanějším biologickým insekticidem k potírání škůdců, kteří poškozují a negativně ovlivňují různé plodiny.

Zdroj: Pixabay.com

Bioinsekticidy založené na Bacillus thuringiensis postupem času se vyvinuly. Od prvních, které obsahovaly pouze spory a krystaly, až po takzvané třetí generace, které obsahují rekombinantní bakterie, které generují toxin bt a které mají výhody, jako je dosažení rostlinných tkání.

Důležitost toxinu produkovaného touto bakterií spočívá v tom, že je nejen účinný proti hmyzu, ale také proti jiným organismům, jako jsou hlístice, prvoky a trematody..

Je důležité si ujasnit, že tento toxin je naprosto neškodný pro jiné druhy živých bytostí, jako jsou obratlovci, skupina, ke které patří lidé. Je tomu tak proto, že vnitřní podmínky trávicího systému nejsou ideální pro jeho množení a účinek..

Bacillus thuringiensis a transgenní potraviny

Díky technologickému pokroku, zejména vývoji technologie rekombinantní DNA, bylo možné vytvořit rostliny, které jsou geneticky imunní vůči účinkům hmyzu, který způsobí katastrofu na plodinách. Tyto rostliny jsou obecně známy jako transgenní potraviny nebo geneticky modifikované organismy..

Tato technologie spočívá v identifikaci sekvence genů, které kódují expresi toxických proteinů, v genomu bakterie. Později jsou tyto geny přeneseny do genomu rostliny, která má být ošetřena..

Když rostlina roste a vyvíjí se, začíná syntetizovat toxin, který dříve produkovala Bacillus thuringiensis, být imunní vůči působení hmyzu.

Existuje několik závodů, ve kterých byla tato technologie použita. Patří mezi ně kukuřice, bavlna, brambory a sója. Tyto plodiny jsou známé jako BT kukuřice, BT bavlna atd..

Tyto transgenní potraviny samozřejmě vyvolaly v populaci určité obavy. Ve zprávě vydané Agenturou pro životní prostředí Spojených států však bylo zjištěno, že tyto potraviny doposud neprojevily žádný typ toxicity nebo poškození, ani u lidí, ani u vyšších zvířat..

Účinky na hmyz

Krystaly B. thuringiensis rozpouštějí se ve střevě hmyzu s vysokým pH a uvolňují se protoxiny a další enzymy a bílkoviny. Proto se protoxiny stávají aktivními toxiny, které se vážou na specializované molekuly receptorů na buňkách střeva..

Toxin B. thuringiensis produkuje u hmyzu zastavení požití, střevní paralýzu, zvracení, nerovnováhu ve vylučování, osmotickou dekompenzaci, celkovou paralýzu a nakonec smrt.

V důsledku působení toxinu dochází ve střevní tkáni k vážnému poškození, které brání jejímu fungování a ovlivňuje asimilaci živin.

Střevo „Caenorhabditis elegans“ infikované „Bacillus thuringiensis“. Zdroj: www.researchgate.net

Uvažovalo se o tom, že smrt hmyzu může být způsobena klíčením spór a množením vegetativních buněk v hemocele hmyzu.

Předpokládá se však, že úmrtnost bude více záviset na působení komenzálních bakterií, které obývají střevo hmyzu, a že po působení toxinu B. thuringiensis by byl schopen způsobit septikemii.

Toxin z B. thuringiensis Neovlivňuje obratlovce, protože trávení potravy probíhá v kyselém prostředí, kde toxin není aktivován.

Vyniká jeho vysoká specificita u hmyzu, zvláště známá u Lepidoptera. Je považován za neškodný pro většinu entomofauny a nemá žádné škodlivé účinky na rostliny, to znamená, že není fytotoxický.

Reference

  1. Hoffe, H. a Whiteley, H. (1989, červen). Proteiny insekticidních krystalů Bacillus thuringiensis. Mikrobiologický přehled. 53 (2). 242-255.
  2. Martin, P. a Travers, R. (1989, říjen). Celosvětová hojnost a distribuce Bacillus thuringiensis Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 55 (10). 2437-2442.
  3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. a Yeon, H. (2007). Bacillus thuringiensis jako specifický, bezpečný a efektivní nástroj pro hubení hmyzích škůdců. Journal of Microbiology and Biotechnology. 17 (4). 547-559
  4. Sauka, D. a Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: obecnosti. Přístup k jeho použití v biologické kontrole lepidopteranského hmyzu, který je zemědělským škůdcem. Argentinský časopis mikrobiologie. 40. 124-140
  5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. a Dean H. (1998, září). Bacillus thuringiensis a jeho pesticidní krystalický protein. Recenze mikrobiologie a molekulární biologie. 62 (3). 775-806.
  6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. a Villalobos, S. (2018, leden). Rod Bacillus jako látky biologické kontroly a jejich důsledky pro zemědělskou biologickou bezpečnost. Mexický deník fytopatologie. Online vysílání.

Zatím žádné komentáře