BACILLUS: EGENSKABER, REPRODUKTION, ERNÆRING, SYGDOMME - BIOLOGI - 2025

Bacillus er en slægt af bakterier i Firmicutes-divisionen, der er kendetegnet ved at være spordannende under aerobe forhold. De er stavformede og er generelt Gram-positive (selvom nogle er Gram-variable) med kolonier, der præsenterer organismer, der farver lyserøde og andre, der pletter lilla.

I disse tilfælde har forskere fundet, at antallet af organismer, der reagerer som Gram-negativt, stiger med alderen på kolonien på grund af et fald i tykkelsen af ​​petidoglycan-laget.

Bacillus flexus. Taget og redigeret fra: Dr. Sahay.

Bakterier af denne slægt kan være strengt aerobe eller fakultative anaerobe. De fleste er mobile på grund af tilstedeværelsen af ​​flagella, men der er dog også ikke-mobile repræsentanter. De findes i stort set ethvert miljø på jorden, herunder ekstreme miljøer, fra store højder til havbunden.

Slægten blev brugt i 1835 af Christian Gottfried Ehrenberg til at definere stavformede bakterier, men blev senere omdefineret af Ferdinand Cohn og brugt til at gruppere spordannende baciller under aerobe, grampositive og fakultative aerobe eller anaerobe forhold.

Nogle arter er af medicinsk interesse, da de kan forårsage sygdomme som miltbrand (Bacillus anthracis) eller fødevarebårne sygdomme (Bacillus cereus). Andre bruges til at få antibiotika, enzymer, som probiotika eller i fermenteringsprocesser og i landbruget.

Generelle karakteristika

Det vigtigste definerende træk ved slægten er evnen til at producere endosporer under aerobe forhold. Disse sporer er kendetegnet ved at være i stand til at modstå høje temperaturer, udtørring, virkningen af ​​desinfektionsmidler og endda stråling.

Cellevæggen består af flere lag af peptidoglycaner sammenflettet og danner et stærkt stillads, der opretholder celleformen og indeholder teichoic og lipoteichoinsyrer.

De er stavformede, lige eller let buede og findes enkeltvis, parvis og lejlighedsvis i kæder. Langt de fleste af dem er mobile på grund af tilstedeværelsen af ​​peritrichous flagella, dvs. de projicerer i alle retninger. Bacillus anthracis mangler dog flagella.

De fleste af bakterierne i denne slægt er Gram-positive, dog nogle er Gram-variabel, det vil sige, de kan plette lyserødt eller lilla. Dette skyldes, at det peptidoglycan lag kan blive mindre tykt og komplekst, når bakterier ældes, idet de ikke er i stand til at fastholde krystalvioleten, når de behandles med alkohol.

De er allestedsnærværende og meget resistente organismer, med arter, der er i stand til at modstå meget høje temperaturer (termofile) eller meget lave (psykrofile), der er også arter, der kan tolerere meget sure eller meget alkaliske miljøer for andre arter.

Nogle arter er strengt aerobe og er ude af stand til at overleve under anoxiske forhold, mens andre arter er anaerobe facultative.

Morfologi

Bacillus-bakterier kan være stavformede, lige eller let buede, generelt med en rund ende, selvom nogle celler er blevet beskrevet som firkantede (f.eks. Bacillus cereus).

Cellerne har en diameter, der varierer fra 0,4 til 1,8 mikron og en længde på 0,9 til 10,0 mikron. Dimensionerne af celler inden for hver art og inden for hver stamme har en tendens til at have ringe variation.

Celler forekommer enkeltvis og parvis, nogle i kæder og lejlighedsvis i lange filamenter. Afhængig af arten, stammen og kulturbetingelserne kan datterceller adskilles.

Således ser kulturen ud til at være sammensat af individuelle celler og par opdelende celler, når de ses ved fasekontrastmikroskopi. I andre tilfælde kan dattercellerne forblive knyttet til hinanden, hvilket viser celler af celler.

Sporernes morfologi er en taksonomisk karakteristik, selvom en vis variation kan forekomme inden for bestemte stammer. De mest almindelige sporer er ellipsoide eller ovale i form, men former varierer fra cylindrisk til ellipsoid, sfærisk eller uregelmæssig form, der minder om en nyre eller banan.

Taksonomi og klassificering

Taxonomisk er slægten Bacillus placeret i Phylum Firmicutes, klasse Bacilli, Order Bacillales, Family Bacillacea. Denne slægt blev brugt af Christian Gottfried Ehrenberg i 1835 til at gruppere stavformede bakterier.

Derefter omdefinerede Ferdinand Cohn, i 1872, gruppen som spordannende, varmebestandige, Gram-positive og fakultative aerobe eller anaerobe bakterier. Arten af ​​slægten er Bacillus subtilis.

Forskere konstaterede i 1991, at slægten Bacillus, som den var blevet behandlet til dato, var polyfyletisk. Derfor udførte de en omlægning af Bacillus sensu lato-gruppen, hvorfra fem nye slægter blev ekstraheret.

Slægten er opdelt i to grupper, på den ene side gruppen af ​​B. subtilis og beslægtede arter, mens på den anden er der gruppen af ​​B. cereus. Den første grupperer organismer med mindre end 1 μm i diameter, ikke-hævet sporangium og ellipsoidale sporer.

Den anden gruppe indeholder på den anden side arter med mere end 1 μm i diameter med ikke-opsvulmet sporangium og alpsoidale sporer.

Hvor findes de?

Bacillus-bakterier er mest isoleret fra jord, vand, mad og kliniske prøver. Men de er også fundet i de mest usædvanlige miljøer, såsom i oceaniske sedimenter tusinder af meter under havoverfladen og i stratosfæriske luftprøver, i sure geotermiske bassiner, i stærkt alkalisk grundvand og i terminale hypersaline søer.

Andre er blevet opdaget i menneskeskabte nicher, fra mexicanske grave og forfaldne romerske vægmalerier, til ultra-rene værelser i rumskibets samlingsfaciliteter.

Planter er også en rig kilde til nye Bacillus-arter, nogle endofytiske og andre forbundet med rhizosfæren.

Reproduktion

Bakterier af slægten Bacillus har to former for aseksuel reproduktion: binær fission og sporulation.

Binær fission

Binær fission er en type reproduktion, der opstår, når bakterien er i et gunstigt miljø for dens udvikling og tillader eksponentiel vækst. Binær fission involverer mitotisk opdeling, hvilket resulterer i to identiske datterceller.

Bacillus subtilis-kultur. Taget og redigeret fra: En tvivl.

Reproduktion af sporulation

Denne anden type er også kendt for sporedannelse. Det vises, når der er en slags stress i kolonien. Under sporulation forekommer asymmetrisk celledeling, hvilket resulterer i dannelsen af ​​en større celle (stamcelle) og en mindre celle (prespore).

Forsporen er omfattet af stamcellen og dækket med adskillige beskyttende lag, hvilket genererer vandtab og tillader dens modenhed. Derefter forekommer lyseringen af ​​stamcellen, og frigørelsen af ​​endosporen, som kan forblive sovende, indtil gunstige betingelser er genoprettet.

Som allerede nævnt er denne endospore modstandsdygtig over for ekstreme temperaturer, udtørring, virkningen af ​​vaskemidler og stråling og er den vigtigste årsag til resistensen af ​​disse bakterier og deres evne til at kolonisere ethvert miljø.

Ernæring

De fleste af bakterierne i slægten Bacillus findes i jorden, og deres ernæring er saprofytisk, det vil sige, de lever af nedbrydende organisk stof.

Andre arter udgør bakteriefloraen hos dyr. I disse tilfælde opretter de et symbiotisk forhold, hvor de drager fordel af den mad, der indtages af deres vært, og producerer enzymer, der hjælper med fordøjelsen af ​​disse fødevarer.

Endelig kan nogle arter fungere som opportunistiske parasitter og fodre direkte på deres vært.

sygdomme

De fleste Bacillus-arter er ikke-patogene og har sjældent været forbundet med sygdom hos mennesker eller andre dyr. Miltsbrand er den bedst kendte tilstand forårsaget af denne type bakterier, selvom madforgiftning og opportunistiske infektioner forårsaget af Bacillus cereus også er almindelige.

Miltsbrand eller miltbrand

Denne sygdom er meget smitsom og er forårsaget af bakterien Bacillus anthracis. Det kan påvirke forskellige dele af kroppen, og dets patogenicitet afhænger af det berørte væv, infektionsformen og den tid det tager fra infektion til behandling starter.

Bacillus anthracis-kultur, stamme indsamlet i Kaimedo, Tokyo, Japan, stedet for bioterrorismen i 1993. Taget og redigeret fra: Centers for Disease Control, USA.

Den mest aggressive form for sygdommen er lungehindebræt, som har en høj dødelighed. Det kan også angribe huden (hud-miltbrand) eller fordøjelsessystemet. Miltsbrand kan angribe ethvert varmblodigt dyr, inklusive mennesker.

Kropene af dyr dræbt af sygdommen såvel som jord, der er forurenet med afføring eller blod fra inficerede dyr, udgør reservoirer af sygdommen.

Stegt ris syndrom

Det er et hæmetisk syndrom, der hovedsageligt vises på grund af forbrug af dårligt håndteret ris, selvom det også kan forekomme på grund af forbrug af mejeriprodukter og andre fødevarer. Det forårsagende middel er bakterien Bacillus cereus.

Dette syndrom er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​kvalme og opkast, der forekommer 1 til 5 timer efter indtagelse af forurenet mad. Magekramper kan også forekomme, men diarré er sjælden.

Det er en selvbegrænset sygdom, der generelt varer ikke mere end 48 timer, hvor det er vigtigt at undgå dehydrering, hvile og undgå mejeriforbrug, mens symptomerne på syndromet vedvarer.

endoftalmitis

Endophthalmitis er en øjeninfektion på grund af forskellige patogene organismer. Det inficerede organs inflammatoriske respons kan forårsage traumer for det samme øje.

Forskellige arter af bakterier er relateret til denne sygdom, en af ​​de mest relevante er Bacillus cereus, hvis infektioner forårsager læsioner med reserverede prognoser.

Behandling af sygdommen består af indgivelse af clindamycin eller vancomycin til patienten, dexamethason anbefales også. Nogle gange kan sygdommen kompromittere synet. I disse tilfælde anbefales kirurgisk fjernelse af den glasagtige humor.

Andre sygdomme

Bacillus-bakterier er relateret til forskellige sygdomme, der hovedsageligt rammer mennesker med kompromitteret immunsystem. Disse sygdomme inkluderer endocarditis, bakteræmi, hud- og muskuloskeletale infektioner samt keratitis.

Bacillus megaterium-arten, en af ​​de største arter af bakterier, kan forårsage hjerneabscesser.

Bacillus megatierium. Taget og redigeret fra: Alexastely.

Applikationer

Probiotika

Ifølge Verdenssundhedsorganisationen er probiotika levende mikroorganismer, der medfører gunstige virkninger på sundheden hos mennesker eller dyr, der spiser dem i passende mængder i deres kost.

Nogle arter af Bacillus bruges som probiotika, inklusive B. coagulans. Blandt fordelene ved at spise denne bakterie har forskere antydet, at den lindrer symptomerne på irritabelt tarmsyndrom. Det lindrer også symptomer på reumatoid arthritis og flatulens.

Et andet medlem af slægten, der har brug som probiotikum, er B. subtilis. Blandt fordelene ved denne organisme som probiotikum er lindring af tarminflammationer og urogenitale infektioner og stop af diarré.

Spores af denne bakterie virker på deres side mod oxidativ stress forårsaget af keratinocyitis.

Biologisk controller

Bakterier af slægten Bacillus producerer en række stoffer med antibiotiske egenskaber, der hæmmer væksten af ​​fytopatogene organismer, såsom ikke-ribosomale cykliske lipopeptider og δ-endotoksiner. Det bruges også i den farmakologiske industri til at få antibiotika mod humane patogener.

Cirka 75% af de biopesticider, der kommercialiseres over hele verden, produceres baseret på Bacillus thuringiensis. Andre arter, såsom B. subtilis, B. pumilus og B. amyloliquefaciens, bruges også kommercielt, hovedsageligt til fremstilling af fungicider.

Andre anvendelser

Industrien bruger også bakterier af slægten Bacillus også til kommerciel produktion af enzymer og til fremstilling af detergenter. Derudover er de blandt de mest anvendte mikroorganismer i blandt andet mikrobiologi, molekylærbiologi eller genteknologiundersøgelser.

Livscyklus

Under tilstrækkelige ernæringsbetingelser, temperatur, pH, atmosfærisk sammensætning blandt andre vokser og divideres Bacillus-celler ved binær fission, en form for aseksuel reproduktion, der består af DNA-duplikering, efterfulgt af opdelingen af ​​cytoplasmaet med et septum divider, der krydser midten af ​​cellen, hvilket giver anledning til to datterceller.

Uheldige forhold

Når miljøforholdene er ugunstige, genererer vegetative celler endosporer, som er cellulære strukturer, der ikke indeholder ATP, og som har ekstremt latent metabolisme, hvilket giver resistens.

Endosporer dannes ved afslutningen af ​​den eksponentielle vækstfase. Det er kendt, at mange andre faktorer påvirker dannelsen af ​​endosporer, såsom væksttemperatur, miljø-pH, luftning, tilstedeværelsen af ​​visse mineraler og kilder til kulstof, nitrogen og fosfor og deres koncentrationer. En anden indflydelse er befolkningstætheden.

Trin sovende sporer-vegetative celler

Konvertering af sovende sporer til vegetative celler involverer tre trin: aktivering, spiring og udvækst. Inaktiviteten brydes af gunstige ændringer i temperatur eller ved ældning af cellerne.

Imidlertid kræver mange arter ikke sådan aktivering. Når man forlader dvale, hvis sporen støder på passende miljøforhold, udløses spiring gennem tab af refraktans, hurtig hydrolysering af cortex og nedbrydning af små syreopløselige proteiner, der giver den resistens over for midler. kemisk og stråling.

Protoplasten af ​​de spirede sporer svulmer synligt på grund af optagelsen af ​​vand, biosyntesen genoptages, og en ny vegetativ celle kommer ud af rotamsporlaget, hvilket giver anledning til en ny periode med vegetativ reproduktion.

Udvalgte arter

Bacillus cereus

Denne art er en Gram-positiv bakterie, der ofte findes i jord, vand og mad i alle tempererede zoner i verden. Det er en fakultativ anaerob art, der kan bevæge sig gennem virkningen af ​​peritrichous flagella.

Denne bakterie er en af ​​de vigtigste skyldige for fødevarebårne sygdomme med mulighed for emetisk syndrom eller toksisk-infektiøs syndrom. Bacillus cereus kan også forårsage forskellige ikke-gastrointestinale sygdomme, såsom endokarditis, bakteræmi, endophthalmitis eller kroniske hudinfektioner blandt andre.

På grund af det faktum, at det har meget resistente endosporer, opnås det ikke ved tilberedning, og det fjernes heller ikke ved frysning, men sidstnævnte stopper ikke væksten, så det anbefales at bruge temperaturer under 6 ° C, hvis fødevaren skal opbevares i lange perioder.

Bacillus anthracis

Det er en art af slægten, der er kendetegnet ved at være bevægelig på grund af fraværet af flagella, i modsætning til hvad der sker med resten af ​​repræsentanterne for slægten. Det er Gram-positiv og fakultativ anaerob.

Denne bakterie er ansvarlig for miltbrand og dens patogenicitet afhænger af to virulensfaktorer, et kapselformet polypeptid kaldet stof P og et proteineksotoksin kaldet faktor B.

Der er adskillige stammer af denne bakterie, hvis virulens varierer mellem dem. De mest virulente stammer er blevet brugt som biologiske våben.

Bacillus subtilis

Gram-positive og katalase-positive bakterier, der beboer jorden. Den er stavformet med afrundede kanter og er 2-3 mikron lang og 1 mikron bred. Denne bakterie er næsten udelukkende aerob, men kan overleve i anoksiske miljøer.

Det betragtes som sikkert for mennesker, men der er isolerede tilfælde af forgiftning fra mad, der er forurenet med denne art. I disse tilfælde ligner symptomerne symptomerne ved Bacillus cereusforgiftning.

Det er en af ​​de mest studerede bakteriearter, og forskere anser det for at være den Gram-positive version af Escherichia coli. Det betragtes også som en modelorganisme til laboratorieundersøgelser, især i genetiske manipulationsundersøgelser.

Bacillus subtilis producerer bactricin, et bakteriedræbende antibiotikum, der er effektivt til behandling af Gram-positive bakterier, såsom Staphylococcus aureus. Det producerer også bioaktive forbindelser med svampesvampaktivitet og stoffer, der bruges til fremstilling af detergenter.

Bacillus thuringiensis

Gram-positiv bacillus, der beboer jorden, planteoverflader og i tarmen på larverne fra forskellige arter af sommerfugle og møll. Det er karakteriseret, fordi de under sporuleringsprocessen producerer proteinkrystaller, der har insekticidale egenskaber.

Takket være disse krystaller, kendt som δ endotoksiner, er Bacillus thuringensis sporer og proteinkrystaller blevet brugt som biopesticider i mere end 100 år.

Forskere har gennem genetisk manipulering introduceret denne plantes genetiske information til forskellige plantearter, såsom kartofler, bomuld eller majs, så planterne producerer stoffer med insekticidale egenskaber.

Referencer

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearshall & BJ McCarthy (1978). Mikrobiologi. 2. udgave. Holt, Rinehart & Winston.
2. S. Hogg (2005). Væsentlig mikrobiologi. John Wiley & Sons, LTD.
3. C. Lyre. Bacillus cereus: egenskaber, morfologi, habitat, smitsymptomer, behandling. Gendannes fra: lifeder.com.
4. B. López. Bacillus subtilis: karakteristika, morfologi, sygdomme. Gendannes fra: lifeder.com.
5. D. Fritz (2004). Taksonomi af slægten Bacillus og beslægtede slægter: De aerobe endospore-dannende bakterier. Phytopatoly
6. PCB Turnbull (1996). Kapitel 15. Bacillus. I: Baron S, redaktør. Medicinsk mikrobiologi. 4. udgave. Galveston (TX): University of Texas Medical Branch i Galveston.
7. Bacillus. På Wikipedia. Gendannet fra en.wikipedia.org