BACILLUS THURINGIENSIS: KARAKTERISTIKE, MORFOLOGIJA, ŽIVOTNI CIKLUS - BIOLOGIJA - 2026

Bacillus thuringiensis je bakterija koja pripada velikoj skupini gram-pozitivnih bakterija, nekih patogenih, a drugih potpuno bezopasnih. To je jedna od bakterija koja je najviše proučavana zbog svoje korisnosti u poljoprivredi.

Ova korisnost leži u činjenici da ova bakterija ima osobinu stvaranja kristala tijekom svoje faze sporulacije koji sadrže bjelančevine za koje se ispostavilo da su toksični za određene insekte koji predstavljaju prave štetočine za usjeve.

Kristali toksina B. thuringiensis. Pripisuje Jim Buckman, a izvorni učitavač je PRJohnston. (w: hr: Slika: Bacillus thuringiensis.JPG), putem Wikimedia Commons

Među najistaknutije karakteristike Bacillus thuringiensis su njegova visoka specifičnost, bezopasnost za čovjeka, biljke i životinje, kao i njegova minimalna zaostalost. Ove su osobine omogućile da se pozicionira kao jedna od najboljih opcija za liječenje i suzbijanje štetočina koji su zasipali usjeve.

Uspješna uporaba ove bakterije postala je očita 1938. godine kada su se pojavili prvi proizvedeni pesticidi sa svojim sporama. Otada je povijest bila duga i kroz nju je Bacillus thuringiensis potvrđen kao jedna od najboljih opcija kada je riječ o suzbijanju poljoprivrednih štetočina.

taksonomija

Taksonomska klasifikacija Bacillus thuringiensis je:

Domena: Bakterije

Koljeno: firmicutes

Klasa: Bacili

Redoslijed: Bacile

Obitelj: Bacillaceae

Rod: Bacillus

Vrsta: Bacillus thuringiensis

Morfologija

Oni su bakterije u obliku štapića sa zaobljenim krajevima. Predstavljaju pertični uzorak flagelacije, s flagelama raspoređenim po cijeloj površini stanice.

Ima dimenzije 3-5 mikrona duga 1-1.2 mikrona. U njihovim eksperimentalnim kulturama uočene su kružne kolonije promjera 3-8 mm, pravilnih rubova i izgleda "mljevenog stakla".

Kada se promatraju pod elektronskim mikroskopom, promatraju se tipične izdužene stanice, ujedinjene u kratke lance.

Ova vrsta bakterija proizvodi spore koje imaju karakterističan elipsoidni oblik i nalaze se u središnjem dijelu stanice, ne uzrokujući njenu deformaciju.

Opće karakteristike

U prvom redu, Bacillus thuringiensis je gram-pozitivna bakterija, što znači da kad se podvrgne procesu bojenja po Gramu, poprimi ljubičastu boju.

Isto tako, to je bakterija karakterizirana sposobnošću koloniziranja različitih okoliša. Može se izolirati na svim vrstama tla. Ima široku geografsku rasprostranjenost, a pronađena je čak i na Antarktiku, jednom od naj neprijateljskijih okruženja na planeti.

Ima aktivni metabolizam i može fermentirati ugljikohidrate poput glukoze, fruktoze, riboze, maltoze i trehaloze. Također može hidrolizirati škrob, želatinu, glikogen i N-acetil-glukozamin.

Istodobno, Bacillus thuringiensis je pozitivan na katalazu, jer može razgraditi vodikov peroksid u vodu i kisik.

Kada je uzgojena na mediju krvi agar, uočen je obrazac beta hemolize, što znači da je ova bakterija sposobna potpuno uništiti eritrocite.

Temperaturne potrebe za rastom zahtijevaju raspon temperature od 10 - 15 ° C do 40 -45 ° C. Slično, njegov optimalni pH je između 5,7 i 7.

Bacillus thuringiensis je stroga aerobna bakterija. Mora biti u okruženju s velikom dostupnošću kisika.

Izrazita karakteristika bakterije Bacillus thuringiensis je da tijekom procesa sporulacije stvara kristale sastavljene od proteina poznatog kao delta toksin. Unutar ove dvije skupine identificirane su: Cry i Cyt.

Ovaj toksin može izazvati smrt određenih insekata koji su pravi štetočine za razne vrste usjeva.

Životni ciklus

B. thuringiensis ima životni ciklus s dvije faze: jednu od njih karakterizira vegetativni rast, a drugu sporulaciju. Prvo se pojavljuje u povoljnim uvjetima za razvoj, poput okoliša bogatih hranjivim tvarima, a drugi u nepovoljnim uvjetima, uz nedostatak prehrambenih supstrata.

Ličinke insekata poput leptira, buba ili muha, između ostalog, kada se hrane listovima, plodovima ili drugim dijelovima biljke, mogu gutati endospore bakterije B. thuringiensis.

U probavnom traktu insekta, zbog alkalnih karakteristika, kristalizirani protein bakterije se rastvara i aktivira. Protein se veže za receptor na crijevnim stanicama insekta, stvarajući pore koje utječu na ravnotežu elektrolita, uzrokujući smrt insekta.

Tako bakterija koristi tkiva mrtvog insekta za svoje hranjenje, razmnožavanje i stvaranje novih spora koje će zaraziti nove domaćine.

Toksin

Toksini koje proizvodi B. thuringiensis imaju izrazito specifično djelovanje na beskralježnjaka i bezopasni su kod kralježnjaka. Parasporalne inkluzije B. thuringensis posjeduju različite proteine ​​s raznolikim i sinergističkim djelovanjem.

B. thuringienisis ima različite faktore virulencije koji, osim delta endotoksina Cry i Cyt, uključuju i određene alfa i beta egzotoksine, himinaze, enterotoksine, fosfolipaze i hemolizine, koji povećavaju njegovu učinkovitost kao entomopatogen.

Toksični proteinski kristali vrste B. thuringiensis razgrađuju se u tlu mikrobnim djelovanjem i mogu se denaturirati pojavom sunčevog zračenja.

Koristi se u suzbijanju štetočina

Entomopatogeni potencijal Bacillus thuringiensis već se više od 50 godina koristi u zaštiti usjeva.

Zahvaljujući razvoju biotehnologije i napretku u njoj, toksični učinak bilo je moguće iskoristiti kroz dva glavna pravca: proizvodnju pesticida koji se koriste izravno na usjevima i stvaranje transgenih namirnica.

Mehanizam djelovanja toksina

Da bismo razumjeli važnost ove bakterije u suzbijanju štetočina, važno je znati kako toksin napada insektino tijelo.

Njegov mehanizam djelovanja podijeljen je u četiri faze:

Solubilizacija i obrada protokina: Kristali koje gutaju larve insekata rastvaraju se u crijevima. Djelovanjem prisutnih proteaza pretvaraju se u aktivne toksine. Ovi toksini prelaze takozvanu peritrofsku membranu (zaštitna membrana stanica crijevnog epitela).

Vezanje na receptore: toksini se vežu na specifična mjesta koja su smještena u mikrovilima crijevnih stanica insekta.

Umetanje u membranu i stvaranje pora: Cry proteini se ubacuju u membranu i uzrokuju potpuno uništavanje tkiva stvaranjem ionskih kanala.

Citoliza: smrt crijevnih stanica. To se događa kroz nekoliko mehanizama, od kojih je najpoznatija osmotska citoliza i inaktivacija sustava koji održava pH ravnotežu.

Bacillus thuringiensis

Nakon što se provjeri toksični učinak proteina koje proizvode bakterije, proučavana je njihova potencijalna upotreba u suzbijanju štetočina u usjevima.

Provedena su mnoga istraživanja kako bi se utvrdilo pesticidna svojstva toksina koje proizvode ove bakterije. Zbog pozitivnih rezultata ovih istraživanja, Bacillus thuringiensis postao je najkorišteniji biološki insekticid širom svijeta za suzbijanje štetočina koji štetno djeluju i negativno utječu na razne usjeve.

Izvor: Pixabay.com

S vremenom su se razvijali bioinsekticidi na bazi Bacillus thuringiensis. Od prvih koje su sadržavale samo spore i kristale, do onih poznatih kao one treće generacije koje sadrže rekombinantne bakterije koje stvaraju bt toksin i koje imaju prednosti poput dostizanja biljnih tkiva.

Važnost toksina koji proizvodi ova bakterija je da nije učinkovit samo protiv insekata, već i protiv drugih organizama poput nematoda, protozoa i trematoda.

Važno je pojasniti da je ovaj toksin potpuno bezopasan za druge vrste živih bića kao što su kralježnjaci, skupina kojoj ljudi pripadaju. To je zato što unutarnji uvjeti probavnog sustava nisu idealni za njegovu proliferaciju i učinak.

Bacillus thuringiensis

Zahvaljujući tehnološkom napretku, posebno razvoju rekombinantne DNK tehnologije, bilo je moguće stvoriti biljke koje su genetski imune na učinak insekata koji pustoše na usjeve. Ove biljke su generički poznate kao transgena hrana ili genetski modificirani organizmi.

Ova se tehnologija sastoji od identificiranja unutar genoma bakterije sekvenci gena koji kodiraju ekspresiju toksičnih proteina. Ti se geni kasnije prenose u genom biljke koja se liječi.

Kad biljka raste i razvija se počinje sintetizirati toksin koji je prethodno proizvodio Bacillus thuringiensis, koji je tada bio imun na djelovanje insekata.

Nekoliko je postrojenja u kojima je primijenjena ova tehnologija. Među njima su kukuruz, pamuk, krumpir i soja. Ti usjevi su poznati kao bt kukuruz, bt pamuk itd.

Naravno, ova transgena hrana izazvala je određenu zabrinutost u populaciji. Međutim, u izvješću objavljenom od Agencije za zaštitu okoliša Sjedinjenih Država utvrđeno je da ove namirnice, do danas, nisu pokazale nikakvu toksičnost ili oštećenje niti na ljude niti na veće životinje.

Učinci na insekte

Kristali B. thuringiensis otapaju se u crijevu insekta s visokim pH i protoksini, te se oslobađaju drugi enzimi i proteini. Tako protoksini postaju aktivni toksini koji se vežu na specijalizirane molekule receptora na stanicama crijeva.

Toksin B. thuringiensis proizvodi kod prestanka gutanja insekata, paralize crijeva, povraćanja, neravnoteže u izlučivanju, osmotske dekompenzacije, opće paralize i konačno smrti.

Zbog djelovanja toksina dolazi do ozbiljnih oštećenja u crijevnom tkivu koje sprečavaju njegovo funkcioniranje, što utječe na asimilaciju hranjivih sastojaka.

Crijev infekcije "Caenorhabditis elegans" zaražen "Bacillus thuringiensis". Izvor: www.researchgate.net

Smatralo se da bi smrt insekta mogla prouzročiti klijanje spora i širenje vegetativnih stanica u hemoceli insekta.

Međutim, smatra se da bi smrtnost više ovisila o djelovanju kommenzalnih bakterija koje žive u crijevu insekta i da bi nakon djelovanja toksina B. thuringiensis mogli izazvati septikemiju.

Toksin B. thuringiensis ne utječe na kralježnjake, jer se probava hrane u njima odvija u kiselom mediju, gdje se toksin ne aktivira.

Izdvaja se njegova visoka specifičnost u insektima, posebno poznata po Lepidoptera. Smatra se bezopasnim za većinu entomofaune i nema štetno djelovanje na biljke, odnosno nije fitotoksično.

Reference

1. Hoffe, H. i Whiteley, H. (1989, lipanj). Insekticidni kristalni proteini Bacillus thuringiensis. Mikrobiološki pregled. 53 (2). 242-255.
2. Martin, P. i Travers, R. (1989, listopad). Rasprostranjenost i distribucija primjenjene bakterije Bacillus thuringiensis u svijetu i mikrobiologija okoliša. 55 (10). 2437-2442.
3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. i Yeon, H. (2007). Bacillus thuringiensis kao specifičan, siguran i učinkovit alat za kontrolu insekata i štetočina. Časopis za mikrobiologiju i biotehnologiju, 17 (4). 547-559
4. Sauka, D. i Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: općenito. Pristup njegovoj upotrebi u biokontroli lepidopteranskih insekata koji su poljoprivredni štetočinji. Argentinski časopis za mikrobiologiju. 40. 124-140
5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. i Dean H. (1998, rujan). Bacillus thuringiensis i njegov pesticidni kristalni protein. Recenzije mikrobiologije i molekularne biologije. 62 (3). 775-806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. i Villalobos, S. (2018, siječanj). Rod Bacillus kao biološki agensi za kontrolu i njihove posljedice za biološku sigurnost u poljoprivredi. Meksički časopis za fitopatologiju. Internetska publikacija.