BACILLUS: CHARAKTERYSTYKA, ROZMNAŻANIE, ODŻYWIANIE, CHOROBY - BIOLOGIA - 2026

Bacillus to rodzaj bakterii z oddziału Firmicutes, które charakteryzują się tworzeniem przetrwalników w warunkach tlenowych. Mają kształt pałeczki i są generalnie Gram-dodatnie (chociaż niektóre są zmienne Gram-dodatnie), z koloniami, w których występują organizmy zabarwiające się na różowo, a inne barwiące na fioletowo.

W takich przypadkach naukowcy odkryli, że liczba organizmów reagujących na bakterie Gram-ujemne rośnie wraz z wiekiem kolonii z powodu zmniejszenia grubości warstwy petidoglikanu.

Bacillus flexus. Zaczerpnięte i zredagowane przez: Dr. Sahay.

Bakterie z tego rodzaju mogą być ściśle tlenowe lub fakultatywnie beztlenowe. Większość jest ruchoma ze względu na obecność wici, ale są też przedstawiciele niemobilni. Można je znaleźć w praktycznie każdym środowisku na ziemi, w tym w środowiskach ekstremalnych, od dużych wysokości po dno morskie.

Rodzaj został użyty w 1835 roku przez Christiana Gottfrieda Ehrenberga do zdefiniowania bakterii w kształcie pałeczki, ale później został ponownie zdefiniowany przez Ferdinanda Cohna i użyty do grupowania prątków tworzących zarodniki w warunkach tlenowych, Gram-dodatnich i fakultatywnych tlenowych lub beztlenowych.

Niektóre gatunki mają znaczenie medyczne, ponieważ mogą powodować choroby, takie jak wąglik (Bacillus anthracis) lub choroby przenoszone przez żywność (Bacillus cereus). Inne są używane do otrzymywania antybiotyków, enzymów, jako probiotyki lub w procesach fermentacji oraz w rolnictwie.

Charakterystyka ogólna

Główną cechą określającą rodzaj jest zdolność do wytwarzania przetrwalników w warunkach tlenowych. Te zarodniki charakteryzują się odpornością na wysokie temperatury, wysychanie, działanie środków dezynfekujących, a nawet promieniowanie.

Ściana komórkowa składa się z kilku powiązanych ze sobą warstw peptydoglikanów, tworząc mocne rusztowanie, które utrzymuje kształt komórki i zawiera kwasy teichojowe i lipotejchojowe.

Mają kształt pręta, są proste lub lekko zakrzywione i można je znaleźć pojedynczo, parami, a czasami w łańcuchach. Zdecydowana większość z nich jest ruchoma ze względu na obecność wici okołochostnych, to znaczy wystają we wszystkich kierunkach. Jednak Bacillus anthracis nie ma wici.

Większość bakterii z tego rodzaju to bakterie Gram-dodatnie, jednak niektóre są Gram-dodatnie, to znaczy mogą być zabarwione na różowo lub fioletowo. Dzieje się tak, ponieważ warstwa peptydoglikanu może stać się mniej gruba i złożona w miarę starzenia się bakterii, nie mogąc zatrzymać fioletu krystalicznego po potraktowaniu alkoholem.

Są to organizmy wszechobecne i bardzo odporne, z gatunkami odpornymi na bardzo wysokie temperatury (termofilne) lub bardzo niskie (psychrofilne), są też gatunki, które tolerują bardzo kwaśne lub bardzo zasadowe środowisko dla innych gatunków.

Niektóre gatunki są ściśle tlenowe, niezdolne do przetrwania w warunkach beztlenowych, podczas gdy inne są względnie beztlenowe.

Morfologia

Bakterie Bacillus mogą mieć kształt pręcika, proste lub lekko zakrzywione, ogólnie z okrągłym końcem, chociaż niektóre komórki zostały opisane jako kwadratowe (np. Bacillus cereus).

Komórki mają średnicę wahającą się od 0,4 do 1,8 mikrona i długość od 0,9 do 10,0 mikronów. Wymiary komórek w obrębie każdego gatunku i w obrębie każdego szczepu mają zwykle niewielką zmienność.

Komórki występują pojedynczo i parami, niektóre w łańcuchach, a czasami w długich nitkach. W zależności od gatunku, szczepu i warunków hodowli komórki potomne mogą się rozdzielać.

Zatem hodowla wydaje się składać z pojedynczych komórek i par dzielących się komórek, patrząc pod mikroskopem z kontrastem fazowym. W innych przypadkach komórki potomne mogą pozostać połączone ze sobą, ukazując w ten sposób łańcuchy komórek.

Morfologia zarodników jest cechą taksonomiczną, chociaż w obrębie poszczególnych szczepów mogą występować pewne różnice. Najczęściej zarodniki mają kształt elipsoidalny lub owalny, ale kształty wahają się od cylindrycznych do elipsoidalnych, kulistych lub nieregularnych, przypominających nerkę lub banana.

Taksonomia i klasyfikacja

Taksonomicznie, rodzaj Bacillus znajduje się w Phylum Firmicutes, Class Bacilli, Order Bacillales, Family Bacillacea. Ten rodzaj został użyty przez Christiana Gottfrieda Ehrenberga w 1835 roku do zgrupowania bakterii w kształcie pręcików.

Następnie Ferdinand Cohn w 1872 r. Na nowo zdefiniował tę grupę jako bakterie przetrwalnikujące, odporne na ciepło, Gram-dodatnie i fakultatywnie tlenowe lub beztlenowe. Gatunkiem z rodzaju jest Bacillus subtilis.

Naukowcy ustalili w 1991 r., Że rodzaj Bacillus, tak jak do tej pory był leczony, był polifiletyczny. W związku z tym przeprowadzili reorganizację grupy Bacillus sensu lato, z której wyodrębniono pięć nowych rodzajów.

Rodzaj dzieli się na dwie grupy, z jednej strony na grupę B. subtilis i gatunki pokrewne, z drugiej zaś na grupę B. cereus. Pierwsza grupuje organizmy o średnicy poniżej 1 μm, nieobrzęknięte zarodniki i elipsoidalne zarodniki.

Z drugiej strony, w drugiej grupie znajdują się gatunki o średnicy powyżej 1 μm, z niespuchniętą sporangium i zarodnikami elpsoidalnymi.

Gdzie się znajdują?

Bakterie Bacillus zostały wyizolowane głównie z gleby, wody, żywności i próbek klinicznych. Ale znaleziono je również w najbardziej nietypowych środowiskach, takich jak osady oceaniczne tysiące metrów poniżej poziomu morza, w próbkach powietrza w stratosferze, w kwaśnych basenach geotermalnych, w silnie zasadowych wodach gruntowych oraz w skrajnych jeziorach hipersalinowych.

Inne zostały odkryte w niszach stworzonych przez człowieka, od meksykańskich grobowców i rozkładających się rzymskich malowideł ściennych po ultra czyste pokoje w miejscach montażu statków kosmicznych.

Rośliny są również bogatym źródłem nowych gatunków Bacillus, niektórych endofitycznych i innych związanych z ryzosferą.

Reprodukcja

Bakterie z rodzaju Bacillus mają dwie formy rozmnażania bezpłciowego: rozszczepienie binarne i sporulację.

Binarne rozczepienie

Rozszczepienie binarne to rodzaj rozmnażania, który występuje, gdy bakteria znajduje się w sprzyjającym środowisku dla jej rozwoju i umożliwia wykładniczy wzrost. Rozszczepienie binarne obejmuje podział mitotyczny, w wyniku którego powstają dwie identyczne komórki potomne.

Kultura Bacillus subtilis. Zrobione i zredagowane z: Wątpliwości.

Powielanie sporulacji

Ten drugi typ jest również znany z tworzenia zarodników. Pojawia się, gdy w kolonii występuje jakiś stres. Podczas sporulacji następuje asymetryczny podział komórek, w wyniku którego powstają większe komórki (komórki macierzyste) i mniejsze (prespore).

Prespore jest otoczony komórką macierzystą i pokryty kilkoma warstwami ochronnymi, co powoduje utratę wody i umożliwia jej dojrzewanie. Następnie następuje liza komórki macierzystej i uwolnienie endospory, która może pozostać uśpiona do czasu przywrócenia korzystnych warunków.

Ta endospora, jak już wcześniej wspomniano, jest odporna na ekstremalne temperatury, wysychanie, działanie detergentów i promieniowanie, i jest główną przyczyną odporności tych bakterii i ich zdolności do kolonizowania dowolnego środowiska.

Odżywianie

Większość bakterii z rodzaju Bacillus żyje w glebie, a ich odżywianie jest typu saprofitycznego, to znaczy żywią się rozkładającą się materią organiczną.

Inne gatunki tworzą florę bakteryjną zwierząt. W takich przypadkach nawiązują symbiotyczną relację, w której wykorzystują żywność spożywaną przez gospodarza i wytwarzają enzymy, które pomagają w trawieniu tych pokarmów.

Wreszcie, niektóre gatunki mogą działać jako pasożyty oportunistyczne, żywiąc się bezpośrednio na swoim żywicielu.

Choroby

Większość gatunków Bacillus jest niepatogenna i rzadko wiąże się z nimi choroby u ludzi lub innych zwierząt. Wąglik jest najbardziej znaną chorobą wywoływaną przez ten typ bakterii, chociaż często występują również zatrucia pokarmowe i infekcje oportunistyczne wywoływane przez Bacillus cereus.

Wąglik lub wąglik

Ta choroba jest wysoce zaraźliwa i jest wywoływana przez bakterię Bacillus anthracis. Może wpływać na różne części ciała, a jego patogeniczność zależy od dotkniętej tkanki, formy infekcji i czasu potrzebnego do rozpoczęcia leczenia.

Kultura Bacillus anthracis, szczep zebrany w Kaimedo, Tokio, Japonia, miejsce incydentu bioterroryzmu w 1993 r. Zrobione i zredagowane z: Centers for Disease Control, Stany Zjednoczone.

Najbardziej agresywną postacią choroby jest wąglik płucny, który charakteryzuje się wysoką śmiertelnością. Może również atakować skórę (wąglik skórny) lub układ pokarmowy. Wąglik może zaatakować każde stałocieplne zwierzę, w tym człowieka.

Rezerwuarem choroby są tusze zwierząt zabitych przez chorobę, a także ziemia skażona odchodami lub krwią zakażonych zwierząt.

Syndrom smażonego ryżu

Jest to syndrom hemetyczny, który pojawia się głównie na skutek spożywania źle traktowanego ryżu, choć może też wystąpić przy spożyciu nabiału i innych produktów spożywczych. Czynnikiem sprawczym jest bakteria Bacillus cereus.

Zespół ten charakteryzuje się występowaniem nudności i wymiotów, które pojawiają się od 1 do 5 godzin po spożyciu skażonej żywności. Mogą również wystąpić skurcze brzucha, ale biegunka występuje rzadko.

Jest to choroba samoograniczająca się, która na ogół trwa nie dłużej niż 48 godzin, w której ważne jest, aby unikać odwodnienia, odpoczynku i spożywania nabiału, gdy objawy zespołu się utrzymują.

Zapalenie wnętrza gałki ocznej

Zapalenie wnętrza gałki ocznej to infekcja oka spowodowana różnymi patogenami. Odpowiedź zapalna zakażonego narządu może spowodować uraz tego samego oka.

Z tą chorobą powiązane są różne gatunki bakterii, jednym z najbardziej istotnych jest Bacillus cereus, którego infekcje powodują zmiany o zastrzeżonych rokowaniach.

Leczenie choroby polega na podaniu choremu klindamycyny lub wankomycyny, zalecany jest również deksametazon. Czasami choroba może pogorszyć wzrok. W takich przypadkach zaleca się chirurgiczne usunięcie ciała szklistego.

Inne choroby

Bakterie z rodzaju Bacillus są związane z różnymi chorobami, które dotykają głównie osoby z osłabionym układem odpornościowym. Choroby te obejmują zapalenie wsierdzia, bakteriemię, infekcje skóry i układu mięśniowo-szkieletowego, a także zapalenie rogówki.

Gatunek Bacillus megaterium, jeden z największych gatunków bakterii, może powodować ropnie mózgu.

Bacillus megatierium. Zrobione i zredagowane przez: Alexastely.

Aplikacje

Probiotyki

Według Światowej Organizacji Zdrowia probiotyki to żywe mikroorganizmy, które wywierają korzystny wpływ na zdrowie ludzi lub zwierząt, które spożywają je w odpowiednich ilościach w swojej diecie.

Niektóre gatunki Bacillus są stosowane jako probiotyki, w tym B. coagulans. Wśród korzyści płynących z jedzenia tej bakterii naukowcy zasugerowali, że łagodzi ona objawy zespołu jelita drażliwego. Łagodzi również objawy reumatoidalnego zapalenia stawów i wzdęć.

Innym członkiem rodzaju, który ma zastosowanie jako probiotyk, jest B. subtilis. Wśród korzyści płynących z tego organizmu jako probiotyku jest łagodzenie stanów zapalnych jelit i infekcji układu moczowo-płciowego oraz zatrzymywanie biegunki.

Zarodniki tej bakterii przeciwdziałają natomiast stresowi oksydacyjnemu wywołanemu przez keratynocytów.

Kontroler biologiczny

Bakterie z rodzaju Bacillus wytwarzają różnorodne substancje o właściwościach antybiotycznych, które hamują wzrost organizmów fitopatogennych, takie jak nie-rybosomalne cykliczne lipopeptydy i δ-endotoksyny. Jest również stosowany w przemyśle farmakologicznym do otrzymywania antybiotyków przeciwko ludzkim patogenom.

Około 75% biopestycydów, które są komercjalizowane na całym świecie, jest wytwarzanych z Bacillus thuringiensis. Inne gatunki, takie jak B. subtilis, B. pumilus i B. amyloliquefaciens są również wykorzystywane komercyjnie, głównie do produkcji fungicydów.

Inne zastosowania

Przemysł wykorzystuje również bakterie z rodzaju Bacillus również do komercyjnej produkcji enzymów oraz do produkcji detergentów. Ponadto należą do najpowszechniej stosowanych mikroorganizmów m.in. w mikrobiologii, biologii molekularnej czy inżynierii genetycznej.

Koło życia

W odpowiednich warunkach odżywiania, temperatury, pH, składu atmosfery, między innymi, komórki Bacillus rosną i dzielą się poprzez rozszczepienie binarne, formę rozmnażania bezpłciowego polegającą na duplikacji DNA, po której następuje podział cytoplazmy przegrodą dzielnik, który przecina środek komórki, dając początek dwóm komórkom potomnym.

Niekorzystne warunki

Jednak gdy warunki środowiskowe są niekorzystne, komórki wegetatywne wytwarzają przetrwalniki, które są strukturami komórkowymi niezawierającymi ATP i charakteryzującymi się wyjątkowo utajonym metabolizmem, który nadaje odporność.

Endospory tworzą się pod koniec wykładniczej fazy wzrostu. Wiadomo, że wiele innych czynników wpływa na tworzenie się przetrwalników, takich jak temperatura wzrostu, pH środowiska, napowietrzenie, obecność niektórych minerałów i źródeł węgla, azotu i fosforu oraz ich stężenia. Innym wpływem jest gęstość zaludnienia.

Kroki uśpione zarodniki-komórki wegetatywne

Przekształcenie uśpionych zarodników w komórki wegetatywne obejmuje trzy etapy: aktywację, kiełkowanie i wzrost. Brak aktywności jest przerywany przez korzystne zmiany temperatury lub starzenie się komórek.

Jednak wiele gatunków nie wymaga takiej aktywacji. Wychodząc ze stanu uśpienia, jeśli zarodnik napotka odpowiednie warunki środowiskowe, wyzwalane jest kiełkowanie, poprzez utratę refrakcji, szybką hydrolizę kory i degradację małych białek rozpuszczalnych w kwasach, które nadają jej odporność na czynniki. chemiczne i radiacyjne.

Protoplast wykiełkowanych zarodników wyraźnie pęcznieje w wyniku wchłaniania wody, biosynteza wznawia się, a nowa komórka wegetatywna wyłania się z warstwy zarodników rotamów, dając początek nowemu okresowi rozmnażania wegetatywnego.

Wyróżnione gatunki

Bacillus cereus

Gatunek ten jest bakterią Gram-dodatnią, która powszechnie występuje w glebie, wodzie i pożywieniu we wszystkich strefach umiarkowanych na świecie. Jest to fakultatywny gatunek beztlenowy, który może poruszać się pod wpływem wici okołoporodowej.

Bakteria ta jest jednym z głównych sprawców chorób przenoszonych przez żywność, z możliwością wystąpienia zespołu wymiotnego lub zespołu toksyczno-zakaźnego. Bacillus cereus może również powodować różne choroby nie żołądkowo-jelitowe, takie jak między innymi zapalenie wsierdzia, bakteriemia, zapalenie wnętrza gałki ocznej lub przewlekłe infekcje skóry.

Ponieważ ma bardzo odporne przetrwalniki, nie można go wyeliminować podczas gotowania, ani też nie jest eliminowany przez zamrażanie, ale to ostatnie nie zatrzymuje jego wzrostu, dlatego zaleca się stosowanie temperatur poniżej 6 ° C, jeśli żywność ma być przechowywana. przez długi czas.

Bacillus anthracis

Jest to gatunek należący do rodzaju, który charakteryzuje się unieruchomieniem z powodu braku wici, w przeciwieństwie do tego, co dzieje się z pozostałymi przedstawicielami rodzaju. Jest Gram-dodatni i fakultatywnie beztlenowy.

Bakteria ta jest odpowiedzialna za wąglika, a jej patogeniczność zależy od dwóch czynników wirulencji: polipeptydu otoczkowego zwanego substancją P i egzotoksyny białkowej zwanej czynnikiem B.

Istnieje wiele szczepów tej bakterii, których zjadliwość jest różna. Najbardziej zjadliwe szczepy zostały użyte jako broń biologiczna.

Bacillus subtilis

Bakterie Gram-dodatnie i katalazododatnie zamieszkujące glebę. Ma kształt pręta z zaokrąglonymi krawędziami i ma 2-3 mikrony długości i 1 mikron szerokości. Bakteria ta jest prawie wyłącznie tlenowa, ale może przetrwać w środowiskach beztlenowych.

Uważany jest za bezpieczny dla ludzi, ale zdarzają się pojedyncze przypadki zatrucia pokarmem skażonym tym gatunkiem. W takich przypadkach objawy są podobne do objawów zatrucia Bacillus cereus.

Jest to jeden z najlepiej zbadanych gatunków bakterii i badacze uważają go za Gram-dodatnią wersję Escherichia coli. Jest również uważany za organizm modelowy do badań laboratoryjnych, zwłaszcza w badaniach manipulacji genetycznych.

Bacillus subtilis wytwarza baktrycynę, antybiotyk bakteriobójczy, który jest skuteczny w leczeniu bakterii Gram-dodatnich, takich jak Staphylococcus aureus. Wytwarza również związki bioaktywne o działaniu przeciwgrzybiczym oraz substancje używane do produkcji detergentów.

Bacillus thuringiensis

Gram-dodatnie pałeczki żyjące w glebie, powierzchniach roślin oraz w jelitach gąsienic różnych gatunków motyli i ciem. Charakteryzuje się tym, że w procesie sporulacji wytwarzają kryształy białek o właściwościach owadobójczych.

Dzięki tym kryształom, znanym jako endotoksyny δ, zarodniki Bacillus thuringensis i kryształy białek są stosowane jako biopestycydy od ponad 100 lat.

Naukowcy wprowadzili informację genetyczną tej rośliny, poprzez inżynierię genetyczną, do różnych gatunków roślin, takich jak ziemniaki, bawełna czy kukurydza, tak aby rośliny wytwarzały substancje o właściwościach owadobójczych.

Bibliografia

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearshall i BJ McCarthy (1978). Mikrobiologia. Wydanie 2. Holt, Rinehart i Winston.
2. S. Hogg (2005). Niezbędna mikrobiologia. John Wiley & Sons, LTD.
3. C. Lyre. Bacillus cereus: charakterystyka, morfologia, siedlisko, objawy zakażenia, leczenie. Odzyskany z: lifeder.com.
4. B. López. Bacillus subtilis: charakterystyka, morfologia, choroby. Odzyskany z: lifeder.com.
5. D. Fritz (2004). Taksonomia rodzaju Bacillus i pokrewnych rodzajów: Aerobic Endospore-Forming Bacteria. Fitopatolia
6. PCB Turnbull (1996). Rozdział 15. Bacillus. W: Baron S, redaktor. Mikrobiologia medyczna. Wydanie 4. Galveston (Teksas): University of Texas Medical Branch at Galveston.
7. Bakcyl. Na Wikipedii. Odzyskany z en.wikipedia.org