Bacillus (bakteria)

Bacillus
Ilustracja
Bacillus subtilis barwiony metodą Grama
Systematyka
Domena

bakterie

Typ

Firmicutes

Klasa

Bacilli

Rząd

Bacillales

Rodzina

Bacillaceae

Rodzaj

Bacillus

Nazwa systematyczna
Bacillus
Cohn 1872

Bacillus (łac. bacillus, bacillum – pałeczka, laseczka[a]) – rodzaj bakterii Gram-dodatnich o walcowym kształcie, należących do typu Firmicutes, zdolnych do tworzenia przetrwalników[1][2].

Bacillus to bakterie tlenowe lub względnie beztlenowe. Mogą być ruchliwe dzięki urzęsieniu perytrychalnemu lub biegunowemu – albo nieruchliwe (np. B. anthracis, B. mycoides). Są katalazododatnie, szeroko rozpowszechnione w naturze[1][2]. Mogą wytwarzać otoczkę złożoną z kwasu poliglutaminowego lub z polisacharydów[1].

Występują pojedynczo, parami lub w formie łańcuszków[1]. Wykazują bardzo dużą różnorodność genetyczną, przez co charakteryzują się dużym zróżnicowaniem fizjologicznym i metabolicznym[2]. Można wyróżnić zarówno szczepy psychrofilne, jak i termofilne; acydofilne, jak i alkalofilne. Niektóre są odporne na zasolenie, inne są wręcz halofilne[1].

Endospory wytwarzane przez mikroorganizmy z rodzaju Bacillus są bardzo odporne na niekorzystne warunki środowiska (ciepło, wysuszenie), a także na wiele środków dezynfekujacych[1]. Przetrwalniki B. anthracis mogą przetrwać w glebie nawet dziesiątki lat[3]. Dzięki tym zdolnościom bakterie Bacillus są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie – izolowane są z gleby, wód słodkich i słonych, przewodu pokarmowego zwierząt czy psującej się żywności[2].

Metabolizm

Bakterie Bacillus należą do chemoorganotrofów (z wyjątkiem dwóch gatunków będących fakultatywnymi chemolitotrofami)[1]. W zależności od gatunku mają bardzo zróżnicowane wymagania pokarmowe – można spotkać zarówno prototrofy, jak i auksotrofy[1][4]. Substancje organiczne są metabolizowane na drodze oddychania tlenowego, fermentacji lub obu tych procesów. Heksozy są rozkładane w wyniku glikolizy do pirogronianu[4].

Zastosowanie

Komórki bakterii dzięki szybkiemu wzrostowi i wydzielaniu dużej ilości białek do pożywki można efektywnie wykorzystać do produkcji białek heterogenicznych (obcych białek kodowanych przez geny pochodzące od innych organizmów). Mogą to być enzymy lub białka o znaczeniu terapeutycznym (hormony wzrostu, interferony, interleukiny, proinsulina). Przykładem jest Bacillus subtilis[4].

Produkcja enzymów

Najważniejszymi enzymami produkowanymi z wykorzystaniem bakterii z rodzaju Bacillus są enzymy proteolityczne i amylolityczne[4]. Sprzedaż proteaz stanowi około 60% światowego rynku enzymów, a najważniejszymi ich producentami są bakterie z rodzaju Bacillus[5]. Szacunkowo połowa preparatów enzymatycznych jest produkowana z udziałem tych bakterii[2]. Proteazy wytwarzane są przez B. subtilis, B. licheniformis, B. pumilus, B. amyloliquefaciens, B. megaterium[4], natomiast α-amylazy głównie przez B. amyloliquefaciens, B. licheniformis, B. subtilis[2].

Inne enzymy wytwarzane przez Bacillus to izomeraza glukozowa (B. coagulans), fosfataza alkaliczna (B. cereus, B. amyloliquefaciens), fosfolipaza C (B. cereus), katalaza (B. subtilis)[4].

Produkcja bakteriocyn i antybiotyków

Bacillus produkują bakteriocyny oraz substancje podobne do bakteriocyn. Niektóre mogą potencjalnie znaleźć zastosowanie w konserwacji żywności, ponieważ są łatwo rozkładalne w przewodzie pokarmowym i w niskich stężeniach wykazują niski potencjał alergiczny[6]. Szczepy B. circulans, B. cereus, B. subtilis, B. licheniformis mogą wytwarzać antybiotyki bacytracynę i gramicydynę S[4].

Produkcja bioinsektycydów

B. thuringiensis ma zdolność syntezy białkowych toksyn krystalicznych Cry i Cyt (tzw. δ-endotoksyny) wykazujących aktywność owadobójczą. Kryształy toksyn rozpuszczają się w środkowym odcinku przewodu pokarmowego owada i uwalniają prototoksynę, która uaktywnia się przez działanie peptydaz. Pocięte fragmenty wiążą się z receptorami komórek błon pokrywających przewód pokarmowy, zakłócają równowagę osmotyczną komórek i doprowadzają do ich lizy. W wyniku paraliżu jelita owady nie mogą spożywać pokarmu i większość ginie po kilku godzinach. Ich toksyczność zależy od stopnia powinowactwa wiązania z błonami komórkowymi[4][7].

Produkcja innych związków

Wytwarzają D-rybozę, służąca do produkcji nukleotydów i ryboflawiny (B. subtilis, B. pumilus), kwas poliglutaminowy (PGA), streptawidynę (B. subtilis), substancje smakowe i zapachowe, na przykład przez przekształcanie kwasu ferulowego do 4-winylogwajakolu, przetwarzanego dalej do waniliny (B. pumilus)[4]; kwas hialuronowy, kwas poligalakturonowy[2].

Biotransformacja i biodegradacja i fermentacja żywności

Bacillus biotransformują wielu związków, między innymi hydrolizują estry i transformują steroidy[4]. Dokonują także biodegradacji wielu związków, między innymi n-alkanów (B. subtilis), związków amidowych stosowanych jako pestycydy (B. firmus, B. sphaericus), cyjanowodoru (B. pumilus)[4], barwników azowych (B. subtilis)[8]. Nasiona soi fermentowane przez B. subtilis stosowane są do produkcji tradycyjnej japońskiej potrawy natto[4].

Patogenność

Spośród bakterii rodzaju Bacillus jedynie B. anthracis (laseczka wąglika) jest uważany za gatunek silnie patogenny dla człowieka i innych ssaków. Innym szkodliwym gatunkiem, choć znacznie mniej wirulentnym, jest B. cereus, wywołujący zatrucia pokarmowe i infekcje ran. Niektóre gatunki (B. circulans, B. megaterium, B. sphaericus) mogą powodować zakażenia oportunistyczne[4]. Większość jednak to gatunki bezpieczne dla ludzi i zwierząt, mające status GRAS (od ang. generally recognized as safe), nadawany przez amerykańską Agencję Żywności i Leków[2].

Zobacz też

Uwagi

  1. ↑ bacillum w en.wiktionary.org

Przypisy

  1. ↑ a b c d e f g h Niall A. Logan, Paul De Vos: Bacillus. W: Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. George M. Garrity (red.) et al.. ohn Wiley & Sons, Inc., 2009, s. 41. DOI: 10.1002/9781118960608.gbm00530.
  2. ↑ a b c d e f g h Patrycja Pietraszek, Piotr Walczak. Charakterystyka i możliwości zastosowania bakterii z rodzaju Bacillus wyilozowanych z gleby. „Polish Journal of Agronomy”. 16, s. 37–44, 2014. 
  3. ↑ Agata Bielawska-Drózd, Michał Bartoszcze. Występowanie przetrwalników Bacillus anthracis w środowisku. „Medycyna weterynaryjna”. 68 (8), s. 946–950, 2007. 
  4. ↑ a b c d e f g h i j k l m Mirosława Szczęsna-Antczak, Tadeusz Trzmiel: Bakterie rodzaju Bacillus. W: Mikrobiologia techniczna tom 2. Zdzisława Libudzisz (red.), Krystyna Kowal, Zofia Żakowska. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2009, s. 91–118. ISBN 978-83-01-15523-0.
  5. ↑ Udandi Boominadhan, Rajendran Rajakumar, Palanivel Karpaga Vinayaga Sivakumaar, Manoharan Melvin Joe. Optimization of Protease Enzyme Production Using Bacillus Sp. Isolated from Different Wastes. „Botany Research International”. 2 (2), s. 83–87, 2009. 
  6. ↑ Juliana Abigail Leite i inni, Bacteriocin-like inhibitory substances (BLIS) produced by Bacillus cereus: Preliminary characterization and application of partially purified extract containing BLIS for inhibiting Listeria monocytogenes in pineapple pulp, „LWT – Food Science and Technology”, 72, 2016, s. 261–266, DOI: doi:10.1016/j.lwt.2016.04.058.
  7. ↑ Alejandra Bravo, Sarjeet S. Gill, Mario Soberón. Mode of action of Bacillus thuringiensis Cry and Cyt toxins and their potential for insect control. „Toxicon”. 49 (4), s. 423–435, 2007. DOI: doi:10.1016/j.toxicon.2006.11.022. 
  8. ↑ Ewelina Węglarz-Tomczak, Łukasz Górecki. Barwniki azowe – aktywność biologiczna i strategie syntezy. „Chemik”. 66 (12), s. 1298–1307, 2012. 

Media użyte na tej stronie

Bacillus subtilis Gram.jpg
Autor: Y tambe (original uploader), Licencja: CC-BY-SA-3.0
microscopic image of Bacillus subtilis (ATCC 6633). Gram staining, magnification:1,000. The oval unstained structures are spores.