Bacillus (bakteria)
Bacillus (łac. bacillus – laseczka[1]) – rodzaj bakterii Gram-dodatnich o walcowym kształcie, należących do typu Firmicutes, zdolnych do tworzenia przetrwalników[2][3].
 Bacillus subtilis barwiony metodą Grama | |
| Systematyka | |
| Domena | |
|---|---|
| Typ | |
| Klasa | |
| Rząd | |
| Rodzina | |
| Rodzaj |
Bacillus |
| Nazwa systematyczna | |
| Bacillus Cohn 1872 | |
Bacillus to zazwyczaj bakterie tlenowe lub względnie beztlenowe (choć Bacillus infernus jest bezwzględnym beztlenowcem[4]). Mogą być ruchliwe dzięki urzęsieniu perytrychalnemu lub biegunowemu – albo nieruchliwe (np. B. anthracis, B. mycoides). Są katalazododatnie, szeroko rozpowszechnione w naturze[2][3]. Mogą wytwarzać otoczkę złożoną z kwasu poliglutaminowego lub z polisacharydów[2].
Występują pojedynczo, parami lub w formie łańcuszków[2]. Wykazują bardzo dużą różnorodność genetyczną, przez co charakteryzują się dużym zróżnicowaniem fizjologicznym i metabolicznym[3]. Można wyróżnić zarówno szczepy psychrofilne, jak i termofilne; acydofilne, jak i alkalofilne. Niektóre są odporne na zasolenie, inne są wręcz halofilne[2].
Endospory wytwarzane przez mikroorganizmy z rodzaju Bacillus są bardzo odporne na niekorzystne warunki środowiska (ciepło, wysuszenie), a także na wiele środków dezynfekujacych[2]. Przetrwalniki B. anthracis mogą przetrwać w glebie nawet dziesiątki lat[5]. Dzięki tym zdolnościom bakterie Bacillus są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie – izolowane są z gleby, wód słodkich i słonych, przewodu pokarmowego zwierząt czy psującej się żywności[3].
Metabolizm
edytujBakterie Bacillus należą do chemoorganotrofów (z wyjątkiem dwóch gatunków będących fakultatywnymi chemolitotrofami)[2]. W zależności od gatunku mają bardzo zróżnicowane wymagania pokarmowe – można spotkać zarówno prototrofy, jak i auksotrofy[2][6]. Substancje organiczne są metabolizowane na drodze oddychania tlenowego, fermentacji lub obu tych procesów. Heksozy są rozkładane w wyniku glikolizy do pirogronianu[6].
Zastosowanie
edytujKomórki bakterii dzięki szybkiemu wzrostowi i wydzielaniu dużej ilości białek do pożywki można efektywnie wykorzystać do produkcji białek heterogenicznych (obcych białek kodowanych przez geny pochodzące od innych organizmów). Mogą to być enzymy lub białka o znaczeniu terapeutycznym (hormony wzrostu, interferony, interleukiny, proinsulina). Przykładem jest Bacillus subtilis[6].
Produkcja enzymów
edytujNajważniejszymi enzymami produkowanymi z wykorzystaniem bakterii z rodzaju Bacillus są enzymy proteolityczne i amylolityczne[6]. Sprzedaż proteaz stanowi około 60% światowego rynku enzymów, a najważniejszymi ich producentami są bakterie z rodzaju Bacillus[7]. Szacunkowo połowa preparatów enzymatycznych jest produkowana z udziałem tych bakterii[3]. Proteazy wytwarzane są przez B. subtilis, B. licheniformis, B. pumilus, B. amyloliquefaciens, B. megaterium[6], natomiast α-amylazy głównie przez B. amyloliquefaciens, B. licheniformis, B. subtilis[3].
Inne enzymy wytwarzane przez Bacillus to izomeraza glukozowa (B. coagulans), fosfataza alkaliczna (B. cereus, B. amyloliquefaciens), fosfolipaza C (B. cereus), katalaza (B. subtilis)[6].
Produkcja bakteriocyn i antybiotyków
edytujBacillus produkują bakteriocyny oraz substancje podobne do bakteriocyn. Niektóre mogą potencjalnie znaleźć zastosowanie w konserwacji żywności, ponieważ są łatwo rozkładalne w przewodzie pokarmowym i w niskich stężeniach wykazują niski potencjał alergiczny[8]. Szczepy B. circulans, B. cereus, B. subtilis, B. licheniformis mogą wytwarzać antybiotyki bacytracynę i gramicydynę S[6].
Produkcja bioinsektycydów
edytujB. thuringiensis ma zdolność syntezy białkowych toksyn krystalicznych Cry i Cyt (tzw. δ-endotoksyny) wykazujących aktywność owadobójczą. Kryształy toksyn rozpuszczają się w środkowym odcinku przewodu pokarmowego owada i uwalniają prototoksynę, która uaktywnia się przez działanie peptydaz. Pocięte fragmenty wiążą się z receptorami komórek błon pokrywających przewód pokarmowy, zakłócają równowagę osmotyczną komórek i doprowadzają do ich lizy. W wyniku paraliżu jelita owady nie mogą spożywać pokarmu i większość ginie po kilku godzinach. Ich toksyczność zależy od stopnia powinowactwa wiązania z błonami komórkowymi[6][9].
Produkcja innych związków
edytujWytwarzają D-rybozę, służąca do produkcji nukleotydów i ryboflawiny (B. subtilis, B. pumilus), kwas poliglutaminowy (PGA), streptawidynę (B. subtilis), substancje smakowe i zapachowe, na przykład przez przekształcanie kwasu ferulowego do 4-winylogwajakolu, przetwarzanego dalej do waniliny (B. pumilus)[6]; kwas hialuronowy, kwas poligalakturonowy[3].
Biotransformacja i biodegradacja i fermentacja żywności
edytujBacillus biotransformują wielu związków, między innymi hydrolizują estry i transformują steroidy[6]. Dokonują także biodegradacji wielu związków, między innymi n-alkanów (B. subtilis), związków amidowych stosowanych jako pestycydy (B. firmus, B. sphaericus), cyjanowodoru (B. pumilus)[6], barwników azowych (B. subtilis)[10]. Nasiona soi fermentowane przez B. subtilis stosowane są do produkcji tradycyjnej japońskiej potrawy natto[6].
Patogenność
edytujSpośród bakterii rodzaju Bacillus jedynie B. anthracis (laseczka wąglika) jest uważany za gatunek silnie patogenny dla człowieka i innych ssaków. Innym szkodliwym gatunkiem, choć znacznie mniej wirulentnym, jest B. cereus, wywołujący zatrucia pokarmowe i infekcje ran. Niektóre gatunki (B. circulans, B. megaterium, B. sphaericus) mogą powodować zakażenia oportunistyczne[6]. Większość jednak to gatunki bezpieczne dla ludzi i zwierząt, mające status GRAS (od ang. generally recognized as safe), nadawany przez amerykańską Agencję Żywności i Leków[3].
Zobacz też
edytujPrzypisy
edytuj- ↑ laseczki, [w:] Słownik terminów biologicznych PWN [dostęp 2023-02-13].
- ↑ a b c d e f g h Niall A. Logan, Paul De Vos, Bacillus, [w:] William Barnaby Whitman (red.), Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria, Wiley, 2015, DOI: 10.1002/9781118960608.gbm00530, ISBN 978-1-118-96060-8 (ang.).
- ↑ a b c d e f g h Patrycja Pietraszek, Piotr Walczak. Charakterystyka i możliwości zastosowania bakterii z rodzaju Bacillus wyilozowanych z gleby. „Polish Journal of Agronomy”. 16, s. 37–44, 2014.
- ↑ D.R. Boone i inni, Bacillus infernus sp. nov., an Fe(III)- and Mn(IV)-Reducing Anaerobe from the Deep Terrestrial Subsurface, „International Journal of Systematic Bacteriology”, 45 (3), 1995, s. 441–448, DOI: 10.1099/00207713-45-3-441 (ang.).
- ↑ Agata Bielawska-Drózd, Michał Bartoszcze, Występowanie przetrwalników Bacillus anthracis w środowisku, „Medycyna weterynaryjna”, 68 (8), 2007, s. 946–950 [dostęp 2023-02-13].
- ↑ a b c d e f g h i j k l m Mirosława Szczęsna-Antczak, Tadeusz Trzmiel: Bakterie rodzaju Bacillus. W: Mikrobiologia techniczna tom 2. Zdzisława Libudzisz (red.), Krystyna Kowal, Zofia Żakowska. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2009, s. 91–118. ISBN 978-83-01-15523-0.
- ↑ Udandi Boominadhan, Rajendran Rajakumar, Palanivel Karpaga Vinayaga Sivakumaar, Manoharan Melvin Joe. Optimization of Protease Enzyme Production Using Bacillus Sp. Isolated from Different Wastes. „Botany Research International”. 2 (2), s. 83–87, 2009.
- ↑ Juliana Abigail Leite i inni, Bacteriocin-like inhibitory substances (BLIS) produced by Bacillus cereus: Preliminary characterization and application of partially purified extract containing BLIS for inhibiting Listeria monocytogenes in pineapple pulp, „LWT - Food Science and Technology”, 72, 2016, s. 261–266, DOI: 10.1016/j.lwt.2016.04.058 [dostęp 2023-02-13] (ang.).
- ↑ Alejandra Bravo, Sarjeet S. Gill, Mario Soberón, Mode of action of Bacillus thuringiensis Cry and Cyt toxins and their potential for insect control, „Toxicon”, 49 (4), 2007, s. 423–435, DOI: 10.1016/j.toxicon.2006.11.022, PMID: 17198720, PMCID: PMC1857359 [dostęp 2023-02-13] (ang.).
- ↑ Ewelina Węglarz-Tomczak, Łukasz Górecki. Barwniki azowe – aktywność biologiczna i strategie syntezy. „Chemik”. 66 (12), s. 1298–1307, 2012.