Značilnosti Bacillus thuringiensis, morfologija, življenjski cikel



Bacillus thuringiensis je bakterija, ki spada v veliko skupino gram pozitivnih bakterij, nekatere patogene in druge popolnoma neškodljive. To je ena od bakterij, ki so bile najbolj raziskane zaradi tega, kako koristne so bile v kmetijstvu.

Ta koristnost je, da ima ta bakterija posebnost, da v fazi sporulacije proizvede kristale, ki vsebujejo beljakovine, ki se izkažejo za strupene za nekatere žuželke, ki predstavljajo prave škodljivce za pridelke..

Med najpomembnejšimi značilnostmi Bacillus thuringiensis Njihova visoka specifičnost, varnost za ljudi, rastline in živali, pa tudi njegova minimalna ostanki. Te lastnosti so mu omogočile, da se je uvrstil med najboljše možnosti za zdravljenje in nadzor škodljivcev, ki so mučili pridelke.

Uspešna uporaba te bakterije je postala očitna leta 1938, ko je nastal prvi pesticid, ki je bil proizveden s svojimi spori. Od tam je bila zgodovina dolga in skozi to je ratificirala Bacillus thuringiensis kot eno najboljših možnosti za nadzor nad škodljivci v kmetijstvu.

Indeks

  • 1 Taksonomija
  • 2 Morfologija
  • 3 Splošne značilnosti
  • 4 Življenjski cikel
    • 4.1 Toksin
  • 5 Uporablja se za zatiranje škodljivcev
    • 5.1 Mehanizem delovanja toksina
    • 5.2 Bacillus thuringiensis in pesticidi
    • 5.3 Bacillus thuringiensis in transgena živila
  • 6 Vplivi na žuželko
  • 7 Reference

Taksonomija

Taksonomska klasifikacija. \ T Bacillus thuringiensis je:

Domena: Bakterije

Deblo: Firmicutes

Razred: Bacilli

Vrstni red: Bacillales

Družina: Bacillaceae

Spol: Bacillus

Vrsta: Bacillus thuringiensis

Morfologija

To so bakterije, ki imajo obliko palic z zaobljenimi konci. Predstavljajo vzorec bičanja perimetra, pri čemer se pelagice porazdelijo po celični površini.

Ima dimenzije 3-5 mikronov v dolžino in 1-1,2 mikrona po širini. V njihovih eksperimentalnih kulturah opazimo krožne kolonije s premerom 3-8 mm, z navadnimi robovi in ​​videzom "motnega stekla"..

Pri opazovanju elektronskega mikroskopa opazimo značilne podolgovate celice, združene v kratke verige.

Ta vrsta bakterij proizvaja spore, ki imajo značilno elipsoidno obliko in se nahajajo v osrednjem delu celice, ne da bi povzročile deformacije iste..

Splošne značilnosti

Prvič, Bacillus thuringiensis je gram-pozitivna bakterija, kar pomeni, da ko je podvržen procesu obarvanja po Gramu, pridobi vijolično obarvanje.

Prav tako je bakterija, za katero je značilna sposobnost kolonizirati različna okolja. Možno ga je izolirati v vseh vrstah tal. Ima široko geografsko razporeditev, saj je bila najdena celo na Antarktiki, ki je eno izmed najbolj sovražnih okolij na planetu.

Predstavlja aktivni metabolizem, saj lahko fermentira ogljikove hidrate, kot so glukoza, fruktoza, riboza, maltoza in trehaloza. Lahko tudi hidrolizira škrob, želatino, glikogen in N-acetil-glukozamin.

V tem istem vrstnem redu idej Bacillus thuringiensis To je pozitivno na katalazo, saj lahko razgradi vodikov peroksid v vodi in kisiku.

Ko se goji v gojišču z agar-kri, so opazili vzorec beta hemolize, kar pomeni, da lahko ta bakterija popolnoma uniči eritrocite..

Glede na okoljske zahteve za rast zahteva temperaturno območje od 10 - 15 ° C do 40 - 45 ° C. Na enak način je njegov optimalni pH med 5,7 in 7.

The Bacillus thuringiensis To je stroga aerobna bakterija. Obvezno mora biti v okolju s široko dostopnostjo kisika.

Posebnost. \ T Bacillus thuringiensis da med procesom sporulacije ustvarja kristale, ki jih sestavlja protein, znan kot delta toksin. V okviru teh dveh skupin so bile identificirane: Cry in Cyt.

Ta toksin lahko povzroči smrt nekaterih žuželk, ki so pravi škodljivci za različne vrste pridelkov.

Življenjski cikel

B. thuringiensis Predstavlja življenjski cikel z dvema fazama: eno je značilno za vegetativno rast, drugo za sporulacijo. Prvi se pojavi pod ugodnimi pogoji za razvoj, kot so hranila bogata okolja, druga pod neugodnimi pogoji, s pomanjkanjem prehranskega substrata..

Ličinke žuželk, kot so metulji, hrošči ali muhe, lahko med drugim jedo endospore bakterij s hranjenjem na listih, plodovih ali drugih delih rastline. B. thuringiensis.

V prebavnem traktu žuželke se zaradi alkalnih lastnosti žuželke raztopi in aktivira kristaliziran protein bakterije. Protein se veže na receptor v črevesnih celicah žuželke in tvori por, ki vpliva na ravnovesje elektrolitov, kar povzroči smrt žuželke..

Tako bakterija uporablja tkiva mrtvega insekta za hranjenje, razmnoževanje in tvorbo novih spor, ki bodo okužile nove gostitelje..

Toksin

Toksini, ki jih proizvaja B. thuringiensis predstavljajo zelo specifično delovanje pri nevretenčarjih in so neškodljivi pri vretenčarjih. Parasporalni vključki B. thuringensis imajo različne beljakovine z raznoliko in sinergistično aktivnostjo.

B. thuringiensis Ima več faktorjev virulence, ki poleg delta endotoksinov Cry in Cyt vključujejo še nekatere alfa in beta eksotoksine, hitinaze, enterotoksine, fosfolipaze in hemolizine, ki povečajo učinkovitost kot entomopatogen.

Strupeni kristali beljakovin B. thuringiensis, razgrajujejo se v tleh z mikrobiološkim delovanjem in se lahko denaturirajo s pojavnostjo sončnega sevanja.

Uporablja se za zatiranje škodljivcev

Entomopatogeni potencial Bacillus thuringiensis je bil več kot 50 let zelo izkoriščen pri zaščiti pridelkov..

Zahvaljujoč razvoju biotehnologije in njenemu napredku je bilo mogoče ta strupeni učinek uporabiti na dveh glavnih poteh: priprava pesticidov, ki se uporabljajo neposredno v pridelkih in ustvarjanje transgenih živil..

Mehanizem delovanja toksina

Da bi razumeli pomen te bakterije pri obvladovanju škodljivcev, je pomembno vedeti, kako toksin napade v organizem žuželke..

Njegov mehanizem delovanja je razdeljen na štiri stopnje:

Solubilizacija in predelava cry protoxins: kristali, ki jih zaužije ličinka žuželk, se raztopijo v črevesju. Z delovanjem prisotnih proteaz se pretvorijo v aktivne toksine. Ti toksini gredo skozi tako imenovano peritrofno membrano (zaščitna membrana celic črevesnega epitelija)..

Na sprejemniketoksini se vežejo na specifična mesta, ki se nahajajo v mikrovilih črevesnih celic žuželke.

Vstavitev v membrano in oblikovanje porCry proteini se vstavijo v membrano in povzročijo popolno uničenje tkiva z nastajanjem ionskih kanalov.

Citoliza: smrt črevesnih celic. To se zgodi prek več mehanizmov, najbolj znana pa je osmotska citoliza in inaktivacija sistema, ki ohranja ravnotežje pH.

Bacillus thuringiensis in pesticide

Ko je bil preverjen toksični učinek beljakovin, ki jih proizvaja bakterija, je bila proučena njena potencialna uporaba pri nadzoru škodljivcev v pridelkih..

Opravljenih je bilo veliko študij, s katerimi so določili lastnosti pesticidov toksina, ki jih proizvajajo te bakterije. Zaradi pozitivnih rezultatov teh preiskav, \ t Bacillus thuringiensis Postal je biološki insekticid, ki se najbolj uporablja po vsem svetu za nadzor škodljivcev, ki poškodujejo in negativno vplivajo na različne pridelke.

Bioinsekticidi na osnovi Bacillus thuringiensis Sčasoma so se razvili. Od prvega, ki je vseboval samo spore in kristale, do tistih, znanih kot tretja generacija, ki vsebujejo rekombinantne bakterije, ki tvorijo bt toksin in imajo prednosti, kot so doseganje rastlinskih tkiv..

Pomen toksina, ki ga proizvaja ta bakterija, je, da ni učinkovit le proti insektom, ampak tudi proti drugim organizmom, kot so ogorčice, protozoe in trematodi..

Pomembno je pojasniti, da je ta toksin povsem neškodljiv v drugih vrstah živih bitij, kot so vretenčarji, skupini, ki ji človek pripada. To pa zato, ker notranji pogoji prebavnega sistema niso primerni za njegovo širjenje in učinek.

Bacillus thuringiensis in transgenske hrane

Zahvaljujoč tehnološkemu napredku, zlasti razvoju tehnologije rekombinantne DNA, je bilo mogoče ustvariti rastline, ki so genetsko imunske za učinek insektov, ki povzročajo opustošenje pri pridelkih. Te rastline so splošno znane kot transgenske hrane ali gensko spremenjeni organizmi.

Ta tehnologija sestoji iz identifikacije v genomu bakterije zaporedje genov, ki kodirajo izražanje strupenih beljakovin. Kasneje se ti geni prenesejo v genom zdravljene rastline.

Ko rastlina raste in se razvije, začne sintetizirati toksin, ki ga je predhodno proizvedel Bacillus thuringiensis, potem so imune na delovanje žuželk.

Obstaja več obratov, v katerih je bila ta tehnologija uporabljena. Med njimi so koruza, bombaž, krompir in soja. Ti pridelki so znani kot bt koruza, bt bombaž itd..

Seveda so te gensko spremenjene hrane povzročile zaskrbljenost prebivalstva. Vendar pa je bilo v poročilu, ki ga je objavila Agencija Združenih držav za okolje, ugotovljeno, da ta živila do danes niso pokazala nobene strupenosti ali škode, niti pri ljudeh niti pri vrhunskih živalih..

Vplivi na žuželko

Kristali B. thuringiensis raztopijo se v črevesju žuželke z visokim pH in protoksini ter sproščajo druge encime in beljakovine. Tako se protoksini pretvorijo v aktivne toksine, ki se vežejo na specializirane receptorske molekule črevesnih celic.

Toksin B. thuringiensis povzroči prenehanje zaužitja insektov, paralizo črevesja, bruhanje, neravnovesje v izločanju, osmotsko dekompenzacijo, splošno paralizo in končno smrt..

Zaradi delovanja toksina se v črevesnem tkivu pojavijo resne poškodbe, ki ovirajo njegovo delovanje, kar vpliva na asimilacijo hranilnih snovi..

Šteje se, da bi lahko smrt žuželke povzročila kalitev spor in proliferacijo vegetativnih celic v hemokoeelu žuželke..

Vendar pa se domneva, da bi bila smrtnost bolj odvisna od delovanja komenzalnih bakterij, ki živijo v črevesju žuželke, in da je po delovanju toksina B. thuringiensis lahko povzroči septikemijo.

Toksin B. thuringiensis ne vpliva na vretenčarje, ker se prebava hrane v slednjih izvaja v kislih medijih, kjer toksin ni aktiviran..

Poudarja njegovo visoko specifičnost pri žuželkah, še posebej znano po lepidoptera. Šteje se, da je varna za večino entomofaune in nima škodljivih učinkov na rastline, kar pomeni, da ni fitotoksičen.

Reference

  1. Hoffe, H. in Whiteley, H. (1989, junij). Insekticidni kristalni proteini Bacillus thuringiensis. Mikrobiološki pregled. 53 (2). 242-255.
  2. Martin, P. in Travers, R. (1989, oktober). Svetovno številčnost in distribucija Bacillus thuringiensis Uporabna in okoljska mikrobiologija. 55 (10). 2437-2442.
  3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. in Yeon, H. (2007). Journal of Microbiology and Biotechnology.17 (4). 547-559
  4. Sauka, D. in Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: splošnosti Pristop k njegovi uporabi v biokontroliranju insektov, ki so kmetijski škodljivci. Argentinski časopis za mikrobiologijo. 40. 124-140
  5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. in Dean H. (1998, september). Bacillus thuringiensis in njegov pesticidni kristalni protein. Mnenja o mikrobiologiji in molekularni biologiji. 62 (3). 775-806.
  6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. in Villalobos, S. (2018, januar). Rod Bacillus kot povzročitelji biološkega nadzora in njegove posledice za biološko varnost v kmetijstvu. Mehiški časopis za fitopatologijo. Spletna objava.