BACILI: ZNAČILNOSTI, RAZMNOŽEVANJE, PREHRANA, BOLEZNI - BIOLOGIJA - 2025

Bacillus je rod bakterij v oddelku Firmicutes, za katerega je značilno, da v aerobnih pogojih tvorijo spore. So v obliki palice in so na splošno gram-pozitivni (čeprav so nekateri spremenljivi po Gramu), s kolonijami, ki predstavljajo organizme, ki obarvajo roza, in drugi, ki obarvajo vijolično.

V teh primerih so raziskovalci ugotovili, da se s starostjo kolonije število organizmov, ki se odzovejo kot negativno po Gramu, povečuje zaradi zmanjšanja debeline plasti petidoglikana.

Bacillus flexus. Posneto in urejeno pri: dr. Sahay.

Bakterije tega rodu so lahko strogo aerobne ali fakultativno anaerobne. Večina je mobilnih zaradi prisotnosti flagella, vendar obstajajo tudi nemobilni predstavniki. Najdemo jih v skoraj vseh okoljih na zemlji, tudi v ekstremnih okoljih, od velikih nadmorskih višin do morskega dna.

Rod je leta 1835 uporabil Christian Gottfried Ehrenberg za opredelitev bakterij v obliki palic, vendar ga je Ferdinand Cohn pozneje na novo opredelil in uporabil za združevanje bacil, ki tvorijo spore, v aerobnih, gram-pozitivnih in fakultativnih aerobnih ali anaerobnih pogojih.

Nekatere vrste so zdravstveno pomembne, saj lahko povzročijo bolezni, kot so antraks (Bacillus anthracis) ali bolezni, ki se prenašajo s hrano (Bacillus cereus). Drugi se uporabljajo za pridobivanje antibiotikov, encimov, kot probiotikov ali v fermentacijskih postopkih in v kmetijstvu.

Splošne značilnosti

Glavna opredeljujoča značilnost rodu je sposobnost proizvajanja endospora v aerobnih pogojih. Za te spore je značilno, da se lahko upirajo visokim temperaturam, sušenju, delovanju razkužil in celo sevanju.

Celična stena je sestavljena iz več plasti prepletenih peptidoglikanov, ki tvorijo močan oder, ki ohranja obliko celice in vsebuje teikojsko in lipoteikojsko kislino.

So v obliki palice, ravne ali rahlo ukrivljene in jih najdemo posamično, v parih in občasno v verigah. Velika večina jih je mobilnih zaradi prisotnosti peritrivnih flagella, torej štrlijo v vse smeri. Vendar pa Bacillus anthracis nima flagele.

Večina bakterij tega rodu je grampozitivna, nekatere pa so spremenljive po Gramu, torej lahko obarvajo roza ali vijolično. Razlog za to je, da lahko peptidoglikanska plast, ko se bakterije starajo, postane manj debela in zapletena, ker ne more obdržati kristalno vijolične barve, kadar se zdravi z alkoholom.

So vseprisotni in zelo odporni organizmi, z vrstami, ki se lahko upirajo zelo visokim temperaturam (termofilnim) ali zelo nizkim (psihrofilnim), obstajajo tudi vrste, ki lahko prenašajo zelo kisla ali zelo alkalna okolja za druge vrste.

Nekatere vrste so strogo aerobne, ne morejo preživeti v anoksičnih pogojih, druge vrste pa so fakultativno anaerobne.

Morfologija

Bakterije Bacillus so lahko v obliki palice, ravne ali rahlo ukrivljene, običajno z okroglim koncem, čeprav so nekatere celice opisane kot kvadratne (npr. Bacillus cereus).

Celice imajo premer, ki se giblje od 0,4 do 1,8 mikrona in dolžino od 0,9 do 10,0 mikronov. Dimenzije celic znotraj posamezne vrste in znotraj vsakega seva imajo malo spremenljivosti.

Celice se pojavljajo posamezno in v parih, nekatere v verigah in občasno v dolgih nitkah. Hčerinske celice se lahko ločijo od vrste, seva in pogojev gojenja.

Tako je videti, da je kultura sestavljena iz posameznih celic in parov delitvenih celic, če jih gledamo s fazno kontrastno mikroskopijo. V drugih primerih lahko hčerinske celice ostanejo pritrjene druga na drugo in tako prikazujejo verige celic.

Morfologija spore je taksonomska značilnost, čeprav lahko nekatere spremembe obstajajo znotraj posameznih sevov. Najpogostejše spore so elipsoidne ali ovalne oblike, oblike pa segajo od valjaste do elipsoidne, sferične ali nepravilne oblike, ki spominja na ledvico ali banano.

Taksonomija in klasifikacija

Taksonomsko se rod Bacillus nahaja v Phylum Firmicutes, Class Bacilli, Order Bacillales, Family Bacillacea. Ta rod je Christian Gottfried Ehrenberg leta 1835 uporabil za razvrščanje bakterij v obliki palic.

Nato je Ferdinand Cohn leta 1872 na novo določil skupino kot spore, toplotno odporne, gram-pozitivne in fakultativne aerobne ali anaerobne bakterije. Vrsta vrste je Bacillus subtilis.

Raziskovalci so leta 1991 ugotovili, da je rod Bacillus, kot je bil zdravljen do danes, polifileten. Zato so izvedli preureditev skupine Bacillus sensu lato, iz katere je bilo izvlečenih pet novih rodov.

Rod je razdeljen na dve skupini, na eni strani skupino B. subtilis in sorodne vrste, na drugi pa skupino B. cereus. Prva združuje organizme s premerom manj kot 1 μm, netekle sporangije in elipsoidne spore.

Druga skupina vsebuje vrste s premerom več kot 1 μm z neteklečim sporangijem in elipsoidnimi sporami.

Kje jih najdemo?

Bakterije bacila so bile izolirane večinoma iz zemlje, vode, hrane in kliničnih vzorcev. A našli so jih tudi v najbolj nenavadnih okoljih, kot so oceanski sedimenti na tisoč metrov pod morsko gladino in v vzorcih stratosferskega zraka, v kislih geotermalnih bazenih, v visoko alkalni podzemni vodi in v terminalnih hipersalinskih jezerih.

Drugi so bili odkriti v nišah, ki jih je ustvaril človek, od mehiških grobnic in propadajočih rimskih stenskih poslikav do ultra čistih prostorov v prostorih za sestavljanje vesoljske ladje.

Rastline so tudi bogat vir novih vrst Bacillus, nekatere endofitske in druge, povezane z rizosfero.

Razmnoževanje

Bakterije iz rodu Bacillus imajo dve obliki aseksualne reprodukcije: binarno cepljenje in sporulacijo.

Binarna cepitev

Binarna cepitev je vrsta razmnoževanja, ki se pojavi, ko je bakterija v ugodnem okolju za svoj razvoj in omogoča eksponentno rast. Binarna cepitev vključuje mitotično delitev, ki ima za posledico dve enaki hčerinski celici.

Kultura Bacillus subtilis. Vzeto in urejeno iz: Dvom.

Razmnoževanje sporulacije

Ta druga vrsta je znana tudi po tvorbi spore. Pojavi se, ko je v koloniji nekakšen stres. Med sporulacijo pride do asimetrične delitve celic, kar povzroči nastanek večje celice (matične celice) in manjše celice (prespore).

Presporo zajema matična celica in je prekrita z več zaščitnimi plastmi, kar ustvarja izgubo vode in omogoča njeno zrelost. Po tem pride do lize matične celice in sproščanja endospora, ki lahko miruje, dokler se ponovno ne vzpostavijo ugodni pogoji.

Kot že omenjeno, je ta endospor odporen proti ekstremnim temperaturam, izsuševanju, delovanju detergentov in sevanju ter je glavni vzrok za odpornost teh bakterij in njihovo sposobnost kolonizacije katerega koli okolja.

Prehrana

Večino bakterij iz rodu Bacillus najdemo žive v tleh in njihova prehrana je saprofitnega tipa, torej se prehranjujejo z razpadajočo organsko snovjo.

Druge vrste sestavljajo bakterijsko floro živali. V teh primerih vzpostavijo simbiotični odnos, v katerem izkoristijo hrano, ki jo zaužije njihov gostitelj, in proizvedejo encime, ki pomagajo pri prebavi teh živil.

Nazadnje lahko nekatere vrste delujejo kot oportunistični paraziti in se prehranjujejo neposredno s svojim gostiteljem.

Bolezni

Večina vrst Bacillus je nepatogena in redko povezana z boleznijo pri ljudeh ali drugih živalih. Antraks je najbolj znano stanje, ki ga povzroča ta vrsta bakterij, čeprav so pogoste tudi zastrupitve s hrano in oportunistične okužbe, ki jih povzroča bakterija Bacillus cereus.

Antraks ali antraks

Ta bolezen je zelo nalezljiva in jo povzroča bakterija Bacillus anthracis. Lahko prizadene različne dele telesa, njegova patogenost pa je odvisna od prizadetega tkiva, oblike okužbe in časa, ki traja od okužbe za začetek zdravljenja.

Kultura Bacillus anthracis, sev, zbran v Kaimedu, Tokio, Japonska, na mestu dogodka bioterorizma leta 1993. Vzpostavljeno in urejeno iz: Centri za nadzor bolezni, Združene države Amerike.

Najbolj agresivna oblika bolezni je pljučni antraks, ki ima visoko stopnjo umrljivosti. Prav tako lahko napade kožo (kožni antraks) ali prebavni sistem. Antraks lahko napade katero koli toplokrvno žival, tudi človeka.

Trupi živali, ki jih je bolezen ubila, pa tudi zemlja, okužena z blatom, ali kri okuženih živali predstavljajo rezervoarje bolezni.

Sindrom ocvrtega riža

Gre za hemtični sindrom, ki se pojavlja predvsem zaradi uživanja slabo obdelanega riža, čeprav se lahko pojavi tudi zaradi uživanja mlečnih izdelkov in druge hrane. Povzročitelj je bakterija Bacillus cereus.

Za ta sindrom je značilna prisotnost slabosti in bruhanja, ki se pojavita 1 do 5 ur po zaužitju kontaminirane hrane. Pojavijo se lahko tudi trebušni krči, driska pa je redka.

Gre za samoomejeno bolezen, ki običajno traja največ 48 ur, pri kateri se je treba izogibati dehidraciji, počivati ​​in se izogibati uživanju mleka, medtem ko simptomi sindroma trajajo.

Endoftalmitis

Endoftalmitis je okužba oči zaradi različnih patogenih organizmov. Vnetni odziv okuženega organa lahko povzroči travmo na istem očesu.

S to boleznijo so povezane različne vrste bakterij, ena najpomembnejših je bakterija Bacillus cereus, katere okužbe povzročajo lezije z zadržanimi napovedmi.

Zdravljenje bolezni je sestavljeno iz dajanja klindamicina ali vankomicina pacientu, priporoča se tudi deksametazon. Včasih lahko bolezen ogrozi vid. V teh primerih se priporoča kirurško odstranjevanje humorja stekla.

Druge bolezni

Bakterije bacila so povezane z različnimi boleznimi, ki prizadenejo predvsem ljudi z ogroženim imunskim sistemom. Te bolezni vključujejo endokarditis, bakteremijo, kožne in mišično-skeletne okužbe, pa tudi keratitis.

Vrste Bacillus megaterium, ena največjih vrst bakterij, lahko povzroči možganske abscese.

Bacillus megatierium. Vzeto in urejeno iz: Alexastely.

Prijave

Probiotiki

Po podatkih Svetovne zdravstvene organizacije so probiotiki živi mikroorganizmi, ki povzročajo blagodejne učinke na zdravje ljudi ali živali, ki jih uživajo v zadostnih količinah v svoji prehrani.

Nekatere vrste Bacillus se uporabljajo kot probiotiki, med njimi B. coagulans. Med koristmi uživanja te bakterije so raziskovalci predlagali, da blaži simptome sindroma razdražljivega črevesja. Lajša tudi simptome revmatoidnega artritisa in nadutosti.

Drug pripadnik rodu, ki ima uporabo kot probiotik, je B. subtilis. Med prednosti tega organizma kot probiotika sodijo lajšanje črevesnih vnetij in urogenitalnih okužb ter zaustavitev driske.

Spore te bakterije delujejo proti oksidativnemu stresu, ki ga povzroča keratinocitis.

Biološki regulator

Bakterije iz rodu Bacillus proizvajajo različne snovi z antibiotičnimi lastnostmi, ki zavirajo rast fitopatogenih organizmov, kot so ne-ribosomalni ciklični lipopeptidi in δ-endotoksini. Uporablja se tudi v farmakološki industriji za pridobivanje antibiotikov proti človeškim patogenom.

Približno 75% biopesticidov, ki se tržijo po vsem svetu, se proizvaja na osnovi Bacillus thuringiensis. Druge vrste, kot so B. subtilis, B. pumilus in B. amyloliquefaciens, se uporabljajo tudi komercialno, predvsem za proizvodnjo fungicidov.

Druge uporabe

Industrija uporablja tudi bakterije iz rodu Bacillus tudi za komercialno proizvodnjo encimov in za proizvodnjo detergentov. Poleg tega so med najbolj razširjenimi mikroorganizmi v mikrobiologiji, molekularni biologiji ali študijah genskega inženiringa.

Življenski krog

Pod ustreznimi prehranskimi pogoji, temperaturo, pH, atmosfersko sestavo, med drugim, celice Bacillusa rastejo in se delijo z binarno cepitvijo, obliko aseksualne reprodukcije, ki je sestavljena iz podvajanja DNA, čemur sledi delitev citoplazme na septum delilnik, ki prečka sredino celice, povzroči dve hčerinski celici.

Neželeni pogoji

Kadar so okoljski pogoji neugodni, vegetativne celice ustvarjajo endospore, ki so celične strukture, ki ne vsebujejo ATP in imajo izjemno latentne presnove, kar daje odpornost.

Endospore se tvorijo na koncu faze eksponentne rasti. Za nastanek endospora je znano, da vplivajo številni drugi dejavniki, kot so rastna temperatura, pH v okolju, zračenje, prisotnost nekaterih mineralov in virov ogljika, dušika in fosforja in njihove koncentracije. Drug vpliv ima gostota prebivalstva.

Koraki mirujočih spore-vegetativnih celic

Pretvorba mirujočih sporov v vegetativne celice vključuje tri korake: aktivacijo, kalitev in rast. Neaktivnost se pokvari z ugodnimi spremembami temperature ali s staranjem celic.

Vendar pa veliko vrst ne zahteva takšne aktivacije. Če spore naletijo v mirovanje, če spore naletijo na ustrezne pogoje v okolju, se sproži kalitev, in sicer z izgubo refrakance, hitro hidrolizo skorje in razgradnjo majhnih topnih kislinskih beljakovin, ki ji dajo odpornost proti povzročiteljem. kemična in sevalna.

Protoplast kalive spore vidno nabrekne zaradi dovajanja vode, biosinteza se nadaljuje in iz rotaminske spore izhaja nova vegetativna celica, kar povzroča novo obdobje vegetativnega razmnoževanja.

Predstavljene vrste

Bacillus cereus

Ta vrsta je Gram pozitivna bakterija, ki jo pogosto najdemo v tleh, vodi in hrani v vseh zmernih območjih sveta. Je fakultativna anaerobna vrsta, ki se lahko premika skozi delovanje peritrihoznih flagelov.

Ta bakterija je eden glavnih krivcev bolezni, ki se prenašajo s hrano, z možnostjo emetičnega sindroma ali toksično-nalezljivega sindroma. Bacillus cereus lahko povzroči tudi različne ne-prebavne bolezni, kot so endokarditis, bakteremija, endoftalmitis ali kronične kožne okužbe.

Ker ima endospore zelo odporne, njegovega izločanja ne dosežemo s kuhanjem, niti ga ne odpravimo z zamrzovanjem, vendar slednje ustavi njegovo rast, zato je priporočljivo uporabiti temperature pod 6 ° C, če želimo hrano shraniti za daljša obdobja.

Bacillus anthracis

Gre za vrsto rodu, za katero je značilno, da je zaradi odsotnosti flagella nepremičen, kar je v nasprotju s tistimi, ki se pojavljajo s preostalimi predstavniki rodu. Je gram-pozitiven in fakultativen anaerobni.

Ta bakterija je odgovorna za antraks, njena patogenost pa je odvisna od dveh dejavnikov virulence, kapsularnega polipeptida, imenovanega Snov P, in beljakovinskega eksotoksina, imenovanega Faktor B.

Obstajajo številni sevi te bakterije, katerih virulenca se med njimi razlikuje. Najbolj virulentni sevi so bili uporabljeni kot biološko orožje.

Bacillus subtilis

Gram pozitivne in katalazno pozitivne bakterije, ki naseljujejo tla. Je v obliki palice z zaobljenimi robovi in ​​je dolg 2-3 mikronov, širok 1 mikron. Ta bakterija je skoraj izključno aerobna, vendar lahko preživi v anoksičnem okolju.

Velja za varno za ljudi, vendar obstajajo osamljeni primeri zastrupitve s hrano, okuženo s to vrsto. V teh primerih so simptomi podobni kot pri zastrupitvi z bakterijo Bacillus cereus.

Je ena najbolj preučenih bakterijskih vrst in raziskovalci menijo, da gre za gram-pozitivno različico Escherichia coli. Prav tako velja za vzorčni organizem za laboratorijske študije, zlasti pri študijah genetske manipulacije.

Bacillus subtilis proizvaja baktricin, baktericidni antibiotik, ki je učinkovit pri zdravljenju grampozitivnih bakterij, kot je Staphylococcus aureus. Prav tako proizvaja bioaktivne spojine z protiglivičnim delovanjem in snovi, ki se uporabljajo pri proizvodnji detergentov.

Bacillus thuringiensis

Gram pozitiven bacil, ki živi v tleh, rastlinskih površinah in v črevesju gosenic različnih vrst metuljev in moljev. Zanjo je značilno, da med postopkom sporulacije proizvajajo beljakovinske kristale, ki imajo insekticidne lastnosti.

Zahvaljujoč tem kristalom, znanim kot δ endotoksini, se spore in proteinski kristali Bacillus thuringensis uporabljajo kot biopesticidi že več kot 100 let.

Raziskovalci so genetske informacije te rastline z genskim inženiringom predstavili različnim vrstam rastlin, kot so krompir, bombaž ali koruza, tako da rastline proizvajajo snovi z insekticidnimi lastnostmi.

Reference

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearshall in BJ McCarthy (1978). Mikrobiologija. 2. izdaja Holt, Rinehart & Winston.
2. S. Hogg (2005). Bistvena mikrobiologija. John Wiley & Sons, LTD.
3. C. Lyre. Bacillus cereus: značilnosti, morfologija, habitat, simptomi okužbe, zdravljenje. Pridobljeno: lifeder.com.
4. B. López. Bacillus subtilis: značilnosti, morfologija, bolezni. Pridobljeno: lifeder.com.
5. D. Fritz (2004). Taksonomija rodu bacillus in sorodnih rodov: Aerobne bakterije, ki tvorijo endospore. Fitopatolijo
6. PCB Turnbull (1996). Poglavje 15. Bacili. V: Baron S, urednik. Medicinska mikrobiologija. 4. izdaja. Galveston (TX): Medicinska izpostava Univerze v Teksasu v Galvestonu.
7. Bacili. Na Wikipediji. Pridobljeno s strani en.wikipedia.org