BACILLUS THURINGIENSIS: KARAKTERISTIKA, MORFOLOGI, LIVSCYKLUS - BIOLOGI - 2025

Bacillus thuringiensis er en bakterie, der hører til en stor gruppe grampositive bakterier, nogle patogene og andre helt ufarlige. Det er en af ​​de bakterier, der er blevet undersøgt mest på grund af dens anvendelighed i landbruget.

Denne anvendelighed ligger i det faktum, at denne bakterie har det særlige ved at producere krystaller i dens sporuleringsfase, der indeholder proteiner, der viser sig at være giftige for visse insekter, der udgør ægte skadedyr for afgrøder.

Krystaller af B. thuringiensis-toksin. Af Jim Buckman krediteres, og den originale uploader er PRJohnston. (w: da: Billede: Bacillus thuringiensis.JPG), via Wikimedia Commons

Blandt de mest fremragende egenskaber ved Bacillus thuringiensis er dets høje specificitet, dets uskadelighed for mennesker, planter og dyr samt dets minimale rest. Disse egenskaber tillader det at positionere sig som en af ​​de bedste muligheder for behandling og bekæmpelse af skadedyr, der plagede afgrøder.

Den vellykkede anvendelse af denne bakterie blev tydelig i 1938, da det første pesticid, der blev fremstillet med dets sporer, dukkede op. Fra da af har historien været lang, og gennem den er Bacillus thuringiensis blevet ratificeret som en af ​​de bedste muligheder, når det kommer til kontrol med landbrugsskadedyr.

Taksonomi

Den taksonomiske klassificering af Bacillus thuringiensis er:

Domæne: Bakterier

Phylum: Firmicutes

Klasse: Bacilli

Ordre: Bacillales

Familie: Bacillaceae

Slægt: Bacillus

Arter: Bacillus thuringiensis

Morfologi

Det er stavformede bakterier med afrundede ender. De præsenterer et pertrisk flagellationsmønster med flagella fordelt over hele celleoverfladen.

Den har dimensioner på 3-5 mikron lang og 1-1,2 mikron bred. I deres eksperimentelle kulturer observeres cirkulære kolonier, med en diameter på 3-8 mm, med regelmæssige kanter og et "malet glas" -udseende.

Når de observeres under elektronmikroskopet, observeres de typiske langstrakte celler, samlet i korte kæder.

Denne bakterieart producerer sporer, der har en karakteristisk ellipsoid form og er placeret i den centrale del af cellen uden at forårsage dens deformation.

Generelle karakteristika

For det første er Bacillus thuringiensis en grampositiv bakterie, hvilket betyder, at når den udsættes for Gram-farvningsprocessen, får den en violet farve.

Ligeledes er det en bakterie, der er kendetegnet ved dens evne til at kolonisere forskellige miljøer. Det har været muligt at isolere det på alle typer jord. Det har en bred geografisk fordeling, selv efter at have fundet det i Antarktis, et af de mest fjendtlige miljøer på planeten.

Det har en aktiv metabolisme og er i stand til at fermentere kulhydrater såsom glukose, fruktose, ribose, maltose og trehalose. Det kan også hydrolysere stivelse, gelatine, glycogen og N-acetyl-glucosamin.

I samme ånd er Bacillus thuringiensis katalasepositiv, idet den er i stand til at nedbryde brintperoxid i vand og ilt.

Når den er blevet dyrket i et blodagarmedium, er der observeret et mønster af beta-hemolyse, hvilket betyder, at denne bakterie er i stand til fuldstændigt at ødelægge erythrocytter.

Med hensyn til de miljømæssige krav til vækst kræver det temperaturer fra 10 - 15 ° C til 40 - 45 ° C. Tilsvarende er dens optimale pH mellem 5,7 og 7.

Bacillus thuringiensis er en streng aerob bakterie. Det skal være i et miljø med rigelig ilttilgængelighed.

Det karakteristiske ved Bacillus thuringiensis er, at det under sporuleringsprocessen genererer krystaller, der består af et protein, der er kendt som delta toxin. Inden for disse to grupper er identificeret: Cry og Cyt.

Dette toksin er i stand til at forårsage død af visse insekter, der er ægte skadedyr for forskellige typer afgrøder.

Livscyklus

B. thuringiensis har en livscyklus med to faser: den ene er kendetegnet ved vegetativ vækst, den anden af ​​sporulation. Den første af dem forekommer under gunstige udviklingsbetingelser, såsom næringsrige miljøer, den anden under ugunstige forhold med en mangel på madsubstrat.

Larver af insekter, såsom sommerfugle, biller eller fluer, blandt andet, når de fodres på bladene, frugterne eller andre dele af planten, kan indtage endosporer af bakterien B. thuringiensis.

I insektens fordøjelseskanal opløses og aktiveres det krystalliserede protein af bakterien på grund af dets alkaliske egenskaber. Proteinet binder sig til en receptor på insektets tarmsceller og danner en pore, der påvirker elektrolytbalancen og forårsager insektets død.

Således bruger bakterien væv fra det døde insekt til dets fodring, multiplikation og dannelse af nye sporer, der vil inficere nye værter.

Toxin

Toksinerne produceret af B. thuringiensis har en meget specifik virkning i hvirvelløse dyr og er ufarlige i hvirveldyr. Parasporal indeslutninger af B. thuringensis besidder forskellige proteiner med forskellig og synergistisk aktivitet.

B. thuringienisis har forskellige virulensfaktorer, som ud over delta-endotoksinerne Cry og Cyt inkluderer visse alfa- og beta-eksotoksiner, chitinaser, enterotoksiner, phospholipaser og hæmolysiner, der forbedrer dens effektivitet som entomopatogen.

De toksiske proteinkrystaller af B. thuringiensis nedbrydes i jorden ved mikrobiel virkning og kan denatureres af forekomsten af ​​solstråling.

Anvendelse til skadedyrsbekæmpelse

Det entomopatogene potentiale ved Bacillus thuringiensis er blevet udnyttet meget i mere end 50 år til beskyttelse af afgrøder.

Takket være udviklingen af ​​bioteknologi og de fremskridt, der har været, har det været muligt at bruge denne giftige effekt gennem to hovedruter: produktion af pesticider, der bruges direkte på afgrøder og skabelsen af ​​transgene fødevarer.

Toksinets virkningsmekanisme

For at forstå betydningen af ​​denne bakterie i skadedyrbekæmpelse er det vigtigt at vide, hvordan toksinet angriber insektets krop.

Dets handlingsmekanisme er opdelt i fire faser:

Præxinopløseliggørelse og -behandling af gråd: krystaller indtaget af insektlarver opløses i tarmen. Ved virkning af de tilstedeværende proteaser omdannes de til aktive toksiner. Disse toksiner krydser den såkaldte peritrofiske membran (beskyttende membran i cellerne i tarmepithelet).

Binding til receptorer: toksiner binder til specifikke steder, der er placeret i mikrovilliet i insektets tarmsceller.

Indsætning i membranen og dannelse af poren: Grædeproteiner indsættes i membranen og forårsager total ødelæggelse af vævet gennem dannelsen af ​​ionkanaler.

Cytolyse: død af tarmceller. Dette sker gennem flere mekanismer, hvor den bedst kendte er osmotisk cytolyse og inaktivering af systemet, der opretholder pH-balancen.

Bacillus thuringiensis

Når den toksiske virkning af de proteiner, der produceres af bakterierne var verificeret, blev deres potentielle anvendelse i bekæmpelse af skadedyr i afgrøder undersøgt.

Der er udført mange undersøgelser for at bestemme de pesticide egenskaber for toksinet produceret af disse bakterier. På grund af de positive resultater af disse undersøgelser er Bacillus thuringiensis blevet det mest anvendte biologiske insekticid på verdensplan til bekæmpelse af skadedyr, der beskadiger og negativt påvirker forskellige afgrøder.

Kilde: Pixabay.com

Bacillus thuringiensis-baserede bioinsekticider har udviklet sig over tid. Fra de første, der kun indeholdt sporer og krystaller, til dem, der er kendt som tredjegenerations, der indeholder rekombinante bakterier, der genererer bt-toksinet, og som har fordele, såsom at nå plantevæv.

Betydningen af ​​toksinet produceret af denne bakterie er, at det ikke kun er effektivt mod insekter, men også mod andre organismer såsom nematoder, protosoer og trematoder.

Det er vigtigt at præcisere, at dette toksin er totalt ufarligt i andre typer af levende væsener, såsom hvirveldyr, en gruppe, som mennesker hører til. Dette skyldes, at fordøjelsessystemets indre forhold ikke er ideelle til dets spredning og virkning.

Bacillus thuringiensis

Takket være teknologiske fremskridt, især udviklingen af ​​rekombinant DNA-teknologi, har det været muligt at skabe planter, der er genetisk immun mod virkningen af ​​insekter, der ødelægger afgrøder. Disse planter er generisk kendt som transgene fødevarer eller genetisk modificerede organismer.

Denne teknologi består i at identificere sekvensen af ​​gener, der koder for ekspression af toksiske proteiner i bakteriets genom. Disse gener overføres senere til genomet af den plante, der skal behandles.

Når planten vokser og udvikler sig, begynder den at syntetisere toksinet, der tidligere blev produceret af Bacillus thuringiensis, hvorefter den er immun mod insekters virkning.

Der er flere planter, hvor denne teknologi er blevet anvendt. Blandt disse er majs, bomuld, kartofler og sojabønner. Disse afgrøder er kendt som bt majs, bt bomuld osv.

Naturligvis har disse transgene fødevarer skabt en vis bekymring i befolkningen. I en rapport offentliggjort af Det Forenede Staters miljøagentur blev det imidlertid bestemt, at disse fødevarer hidtil ikke har manifesteret nogen form for toksicitet eller skader, hverken hos mennesker eller hos højere dyr.

Virkninger på insektet

Krystallerne af B. thuringiensis opløses i tarmen af ​​insektet med høj pH og protoxinerne og andre enzymer og proteiner frigøres. Protoxinerne bliver således aktive toksiner, der binder til specialiserede receptormolekyler på tarmenes celler.

Toxinet fra B. thuringiensis producerer ved insekt ophør med indtagelse, lammelse af tarmen, opkast, ubalance i udskillelse, osmotisk dekompensation, generel lammelse og endelig død.

På grund af toksinets virkning forekommer alvorlig skade i tarmvævet, der forhindrer dets funktion, hvilket påvirker assimilering af næringsstoffer.

Tarm fra 'Caenorhabditis elegans' inficeret med 'Bacillus thuringiensis'. Kilde: www.researchgate.net

Det har været overvejet, at insektets død kan være forårsaget af spiring af sporer og spredning af vegetative celler i insektens hemocele.

Det menes imidlertid, at dødelighed mere afhænger af virkningen af ​​commensal bakterier, der lever i insektens tarme, og at de efter virkningen af ​​B. thuringiensis-toksinet ville være i stand til at forårsage septikæmi.

B. thuringiensis-toksinet påvirker ikke hvirveldyr, fordi fordøjelsen af ​​mad i sidstnævnte finder sted i sure medier, hvor toksinet ikke aktiveres.

Dets høje specificitet hos insekter skiller sig ud, især kendt for Lepidoptera. Det betragtes som ufarligt for det meste af entomofauna og har ingen skadelig virkning på planter, dvs. at det ikke er fytotoksisk.

Referencer

1. Hoffe, H. og Whiteley, H. (1989, juni). Insekticidale krystalproteiner af Bacillus thuringiensis. Mikrobiologisk gennemgang. 53 (2). 242-255.
2. Martin, P. og Travers, R. (1989, oktober). Verdensomspændende overflod og distribution af anvendt Bacillus thuringiensis og miljømikrobiologi. 55 (10). 2437-2442.
3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. og Yeon, H. (2007). Bacillus thuringiensis som et specifikt, sikkert og effektivt værktøj til insektbekæmpelse. Tidsskrift for mikrobiologi og bioteknologi 17 (4). 547-559
4. Sauka, D. og Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: generaliteter. En tilgang til dens anvendelse i biokontrol af lepidopteranske insekter, der er landbrugsskadedyr. Argentinsk tidsskrift for mikrobiologi. 40. 124-140
5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D., og Dean H. (1998, september). Bacillus thuringiensis og dets pesticid krystalprotein. Anmeldelser af mikrobiologi og molekylærbiologi. 62 (3). 775-806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. og Villalobos, S. (2018, januar). Slægten Bacillus som biologiske kontrolmidler og deres implikationer for biosikkerhed i landbruget. Mexicansk tidsskrift for fytopatologi. Online-publikation.