BACILLUS THURINGIENSIS: CHARAKTERISTIKOS, MORFOLOGIJA, GYVENIMO CIKLAS - BIOLOGIJA - 2025

Bacillus thuringiensis yra bakterija, priklausanti didelei gramteigiamų bakterijų grupei, vieni patogeniški, o kiti visiškai nekenksmingi. Tai viena iš bakterijų, kuri buvo tyrinėta labiausiai dėl savo naudingumo žemės ūkyje.

Šis naudingumas slypi tuo, kad ši bakterija sporuliacijos metu gamina kristalus, kuriuose yra baltymų, kurie yra toksiški tam tikriems vabzdžiams, kurie yra tikri augalų kenkėjai.

B. thuringiensis toksino kristalai. Jim Buckman yra įskaitytas, o pirminis įkėlėjas yra PRJohnston. (w: en: Vaizdas: Bacillus thuringiensis.JPG) per „Wikimedia Commons“

Tarp ryškiausių Bacillus thuringiensis savybių yra didelis specifiškumas, nekenksmingumas žmonėms, augalams ir gyvūnams, taip pat minimalus liekamumas. Šie požymiai leido jai įsitvirtinti kaip viena geriausių pasėlių kenčiančių kenkėjų gydymo ir kontrolės galimybių.

Sėkmingas šios bakterijos panaudojimas išryškėjo 1938 m., Kai atsirado pirmasis pesticidas, pagamintas su savo sporomis. Nuo to laiko istorija buvo ilga ir per ją Bacillus thuringiensis buvo patvirtintas kaip vienas geriausių būdų kontroliuoti žemės ūkio kenkėjus.

Taksonomija

Taksonominė Bacillus thuringiensis klasifikacija yra:

Domenas: bakterijos

Prieglobstis: Firmicutes

Klasė: Bacilli

Užsakymas: Bacillales

Šeima: Bacillaceae

Gentis: Bacillus

Rūšis: Bacillus thuringiensis

Morfologija

Tai yra lazdelės formos bakterijos su užapvalintais galais. Jie pateikia gležną flagelliacijos modelį, kai flagella pasiskirsto visame ląstelės paviršiuje.

Jos matmenys yra 3-5 mikronai ilgio ir 1-1,2 mikronų pločio. Jų eksperimentinėse kultūrose pastebimos žiedinės kolonijos, kurių skersmuo 3–8 mm, su taisyklingais kraštais ir „šlifuoto stiklo“ pavidalu.

Stebint elektroniniu mikroskopu, stebimos tipiškos pailgos ląstelės, sujungtos trumpomis grandinėmis.

Šios rūšies bakterijos gamina sporas, turinčias būdingą elipsės formą ir esančias centrinėje ląstelės dalyje, nesukeldamos jos deformacijos.

Bendrosios savybės

Visų pirma, Bacillus thuringiensis yra gramteigiama bakterija, tai reiškia, kad dažydami gramais, ji įgyja violetinę spalvą.

Taip pat tai yra bakterija, pasižyminti gebėjimu kolonizuoti įvairias aplinkas. Tai buvo įmanoma išskirti visų tipų dirvožemiuose. Jis yra plačiai paplitęs geografiniu požiūriu, aptiktas net Antarktidoje, vienoje iš priešiškiausių planetos aplinkų.

Jis aktyviai metabolizuojamas, nes gali fermentuoti angliavandenius, tokius kaip gliukozė, fruktozė, ribozė, maltozė ir trehalozė. Jis taip pat gali hidrolizuoti krakmolą, želatiną, glikogeną ir N-acetilgliukozaminą.

Tuo pačiu būdu bakterija Bacillus thuringiensis yra teigiama katalazės atžvilgiu, nes ji gali skaidyti vandenilio peroksidą į vandenį ir deguonį.

Auginant ją agaro terpėje, buvo pastebėtas beta hemolizės modelis, kuris reiškia, kad ši bakterija gali visiškai sunaikinti eritrocitus.

Atsižvelgiant į augimo aplinkosaugos reikalavimus, jai reikalinga temperatūra nuo 10–15 ° C iki 40–45 ° C. Taip pat optimalus jo pH yra nuo 5,7 iki 7.

Bacillus thuringiensis yra griežta aerobinė bakterija. Ji turi būti aplinkoje, kurioje yra pakankamai deguonies.

Skiriamasis Bacillus thuringiensis bruožas yra tas, kad sporizacijos proceso metu jis gamina kristalus, sudarytus iš baltymo, vadinamo delta toksinu. Tarp šių dviejų grupių buvo nustatyta: Cry ir Cyt.

Šis toksinas gali sukelti tam tikrų vabzdžių, kurie yra tikri įvairių rūšių augalų kenkėjai, mirtį.

Gyvenimo ciklas

B. thuringiensis gyvenimo ciklas turi dvi fazes: vienai iš jų būdingas vegetatyvinis augimas, kitai - sporuliacija. Pirmasis iš jų susidaro palankioms vystymuisi sąlygoms, tokioms kaip aplinka, kurioje gausu maistinių medžiagų, antrasis - nepalankiomis sąlygomis, kai trūksta maisto substrato.

Vabzdžių, tokių kaip drugeliai, vabalai ar musės, lervos, be kita ko, maitindamiesi lapais, vaisiais ar kitomis augalų dalimis, gali praryti bakterijos B. thuringiensis endosporą.

Vabzdžio virškinamajame trakte dėl šarminių savybių ištirpsta ir suaktyvinami kristalizuoti bakterijos baltymai. Baltymai jungiasi su vabzdžių žarnyno ląstelėse esančiais receptoriais, sudarydami poras, kurios veikia elektrolitų pusiausvyrą, sukeldamas vabzdžio mirtį.

Taigi bakterija negyvo vabzdžio audinius maitina, dauginasi ir formuoja naujas sporas, kurios užkrės naujus šeimininkus.

Toksinas

B. thuringiensis gaminami toksinai turi labai specifinį poveikį bestuburiams ir yra nekenksmingi stuburiniams. Parasporaliniai B. thuringensis inkliuzai turi įvairių baltymų, turinčių skirtingą ir sinergetinį aktyvumą.

B. thuringienisis turi keletą virulentiškumo veiksnių, kurie, be deltų endotoksinų Cry ir Cyt, apima ir tam tikrus alfa ir beta egzotoksinus, chinatazes, enterotoksinus, fosfolipazes ir hemolizinus, kurie padidina jo, kaip entomopatogeno, efektyvumą.

Toksiški B. thuringiensis baltymų kristalai dirvožemyje skaidomi mikrobų pagalba ir gali būti denatūruoti dėl saulės spinduliuotės.

Naudojimas kovojant su kenkėjais

Enkliopatogeninis Bacillus thuringiensis potencialas buvo naudojamas daugiau kaip 50 metų saugant pasėlius.

Tobulėjant biotechnologijoms ir pasiekus pažangą, buvo galima panaudoti šį toksišką poveikį dviem pagrindiniais būdais: pesticidų, kurie naudojami tiesiogiai pasėliams, ir transgeninių maisto produktų kūrimu.

Toksino veikimo mechanizmas

Norint suprasti šios bakterijos svarbą kovojant su kenkėjais, svarbu žinoti, kaip toksinas puola vabzdžių kūną.

Jo veikimo mechanizmas yra suskirstytas į keturis etapus:

Baltymų protoksinų tirpinimas ir perdirbimas : vabzdžių lervų praryti kristalai ištirpsta žarnyne. Veikdami esančias proteazes jie virsta aktyviais toksinais. Šie toksinai kerta vadinamąją peritrofinę membraną (žarnyno epitelio ląstelių apsauginę membraną).

Pririšimas prie receptorių : toksinai jungiasi prie konkrečių vietų, esančių vabzdžio žarnyno ląstelėse.

Įterpimas į membraną ir porų susidarymas : Cry baltymai įsiskverbia į membraną ir visiškai sunaikina audinį, nes susidaro jonų kanalai.

Citolizė : žarnyno ląstelių mirtis. Tai vyksta keliais mechanizmais, iš kurių geriausiai žinomas yra osmosinė citolizė ir sistemos, palaikančios pH pusiausvyrą, inaktyvavimas.

Bacillus thuringiensis

Kai bus patikrintas toksinis baltymų, kuriuos gamina bakterijos, poveikis, buvo ištirtas jų galimas panaudojimas kenkėjų kontrolei pasėliuose.

Buvo atlikta daugybė tyrimų, siekiant nustatyti šių bakterijų gaminamo toksino pesticidines savybes. Dėl teigiamų šių tyrimų rezultatų Bacillus thuringiensis tapo plačiausiai naudojamu biologiniu insekticidu visame pasaulyje siekiant kontroliuoti kenkėjus, kurie pažeidžia ir neigiamai veikia įvairius augalus.

Šaltinis: „Pixabay.com“

Laikui bėgant vystėsi „Bacillus thuringiensis“ pagrindu sukurti bioinsekticidai. Nuo pirmųjų, kuriuose buvo tik sporos ir kristalai, iki tų, kurie žinomi kaip trečiosios kartos, kuriuose yra rekombinantinių bakterijų, generuojančių bt toksiną ir turinčių tokių pranašumų, kaip pasiekti augalų audinius.

Šios bakterijos gaminamas toksinas yra svarbus tuo, kad jis yra veiksmingas ne tik nuo vabzdžių, bet ir nuo kitų organizmų, tokių kaip nematodai, pirmuonys ir trematodai.

Svarbu paaiškinti, kad šis toksinas yra visiškai nekenksmingas kitoms gyvų būtybių rūšims, tokioms kaip stuburiniai gyvūnai, kuriai priklauso žmonės. Taip yra todėl, kad vidinės virškinimo sistemos sąlygos nėra idealios jos dauginimuisi ir poveikiui.

Bacillus thuringiensis

Dėl technologinės pažangos, ypač plėtojant rekombinantinės DNR technologiją, buvo įmanoma sukurti augalus, kurie yra genetiškai atsparūs vabzdžių, kurie žlugdo pasėlius, poveikiui. Šie augalai paprastai yra žinomi kaip transgeninis maistas arba genetiškai modifikuoti organizmai.

Ši technologija susideda iš to, kad bakterijos genome būtų identifikuota genų, koduojančių toksiškų baltymų ekspresiją, seka. Šie genai vėliau perkeliami į apdorojamo augalo genomą.

Augalui augant ir tobulėjant, jis pradeda sintetinti toksiną, kurį anksčiau gamino Bacillus thuringiensis, būdamas apsaugotas nuo vabzdžių.

Yra keletas augalų, kuriuose buvo taikoma ši technologija. Tarp jų yra kukurūzai, medvilnė, bulvės ir sojos pupelės. Šie pasėliai yra žinomi kaip bt kukurūzai, bt medvilnė ir kt.

Žinoma, šie transgeniniai maisto produktai sukėlė tam tikrą gyventojų susirūpinimą. Tačiau Jungtinių Valstijų aplinkos agentūros paskelbtoje ataskaitoje buvo nustatyta, kad iki šiol šie maisto produktai nei žmonėms, nei aukštesniems gyvūnams toksiškumo ar žalos nepadarė.

Poveikis vabzdžiams

B. thuringiensis kristalai ištirpsta vabzdžio žarnyne, turint aukštą pH ir protoksinus, išsiskiria kiti fermentai ir baltymai. Taigi protoksinai tampa aktyviais toksinais, kurie jungiasi su specializuotomis receptorių molekulėmis žarnyno ląstelėse.

B. thuringiensis toksinas sukelia vabzdžių prarijus, žarnyno paralyžius, vėmimą, disbalanso išsiskyrimą, osmosinę dekompensaciją, bendrą paralyžių ir galiausiai mirtį.

Dėl toksino veikimo žarnyno audinyje atsiranda rimtų pažeidimų, kurie neleidžia jo funkcionuoti ir daro įtaką maisto medžiagų įsisavinimui.

„Caenorhabditis elegans“ žarnynas, užkrėstas bakterija „Bacillus thuringiensis“. Šaltinis: www.researchgate.net

Manyta, kad vabzdžio mirtį galėjo sukelti sporų sudygimas ir vegetatyvinių ląstelių dauginimasis vabzdžių hemocele.

Vis dėlto manoma, kad mirtingumas labiau priklausys nuo vabzdžių žarnyne gyvenančių kommensalinių bakterijų veikimo ir kad po B. thuringiensis toksino veikimo jos galėtų sukelti septicemiją.

B. thuringiensis toksinas neturi įtakos stuburiniams gyvūnams, nes pastarasis maistas virškinamas rūgščioje terpėje, kur toksinas nesuaktyvinamas.

Išsiskiria didelis specifiškumas vabzdžiams, ypač žinomas dėl Lepidoptera. Tai laikoma nekenksminga daugumai entomofaunos ir neturi žalingo poveikio augalams, tai yra, nėra fitotoksiška.

Nuorodos

1. Hoffe, H. ir Whiteley, H. (1989, birželis). Insekticidiniai Bacillus thuringiensis kristalų baltymai. Mikrobiologinė apžvalga. 53 (2). 242–255.
2. Martin, P. ir Travers, R. (1989, spalis). Taikomosios Bacillus thuringiensis ir aplinkos mikrobiologijos gausumas ir paplitimas pasaulyje. 55 (10). 2437-2442.
3. Rohas, J., Jae, Y., Mingas, S., Byungas, R. ir Yeonas, H. (2007). „Bacillus thuringiensis“ kaip specifinė, saugi ir efektyvi vabzdžių kenkėjų kontrolės priemonė. Mikrobiologijos ir biotechnologijų žurnalas, 17 (4). 547-559
4. D. Sauka ir Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: bendrumai. Požiūris į jo naudojimą vabzdžių, kurie yra žemės ūkio kenkėjai, biokontrole. Argentinos mikrobiologijos žurnalas. 40. 124–140
5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. ir Dean H. (1998, rugsėjis). Bacillus thuringiensis ir jo pesticidų kristalų baltymai. Mikrobiologijos ir molekulinės biologijos apžvalgos. 62 (3). 775–806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. ir Villalobos, S. (2018 m., Sausis). Bacillus gentis kaip biologinės kontrolės priemonės ir jų reikšmė žemės ūkio biologiniam saugumui. Meksikos fitopatologijos žurnalas. Internetinis leidinys.