BACILLUS: EGENSKAPER, REPRODUKTION, NÄRING, SJUKDOMAR - BIOLOGI - 2025

Bacillus är ett släkte av bakterier inom Firmicutes-divisionen som kännetecknas av att de bildas sporer under aeroba förhållanden. De är stavformade och är i allmänhet Gram-positiva (även om vissa är variabla Gram), med kolonier som presenterar organismer som färgar rosa och andra som färgar lila.

I dessa fall har forskare funnit att antalet organismer som svarar som Gram-negativt ökar med koloninåldern på grund av en minskning av tjockleken på petidoglycan-lagret.

Bacillus flexus. Taget och redigerat från: Dr. Sahay.

Bakterier av detta släkte kan vara strikt aerobiska eller fakultativa anaeroba. De flesta är mobila på grund av förekomsten av flagella, men det finns också icke-mobila representanter. De finns i praktiskt taget alla miljöer på jorden, inklusive extrema miljöer, från höga höjder till havsbotten.

Släktet användes 1835 av Christian Gottfried Ehrenberg för att definiera stavformade bakterier, men definierades senare av Ferdinand Cohn och användes för att gruppera spordannande baciller under aeroba, grampositiva och facultativa aeroba eller anaeroba förhållanden.

Vissa arter är av medicinskt intresse eftersom de kan orsaka sjukdomar såsom miltbrand (Bacillus anthracis) eller livsmedelsburna sjukdomar (Bacillus cereus). Andra används för att få antibiotika, enzymer, som probiotika eller i fermenteringsprocesser och inom jordbruket.

Generella egenskaper

Det viktigaste kännetecknande för släktet är förmågan att producera endosporer under aeroba förhållanden. Dessa sporer kännetecknas av att de kan motstå höga temperaturer, uttorkning, verkan av desinfektionsmedel och till och med strålning.

Cellväggen består av flera lager av peptidoglykaner sammanflätade och bildar ett starkt ställning som upprätthåller cellformen och innehåller teikosyra- och lipoteikoinsyror.

De är stavformade, raka eller lätt böjda och kan hittas enskilt, parvis och ibland i kedjor. De allra flesta av dem är mobila på grund av förekomsten av peritrichous flagella, det vill säga de projicerar i alla riktningar. Bacillus anthracis saknar dock flagella.

De flesta av bakterierna i detta släkte är Gram-positiva, men vissa är Gram-variabla, det vill säga de kan färga rosa eller lila. Detta beror på att peptidoglycan-skiktet kan bli mindre tjockt och komplex när bakterierna åldras och inte kan behålla kristallvioleten när den behandlas med alkohol.

De är allestädes närvarande och mycket resistenta organismer, med arter som kan motstå mycket höga temperaturer (termofila) eller mycket låga (psykrofila), det finns också arter som tål mycket sura eller mycket alkaliska miljöer för andra arter.

Vissa arter är strikt aeroba, kan inte överleva under anoxiska förhållanden, medan andra arter är anaeroba förfogande.

Morfologi

Bacillusbakterier kan vara stavformade, raka eller svagt krökta, i allmänhet med en rund ände, även om vissa celler har beskrivits som kvadratiska (t.ex. Bacillus cereus).

Cellerna har en diameter som varierar från 0,4 till 1,8 mikron och en längd av 0,9 till 10,0 mikron. Dimensionerna av celler inom varje art och inom varje stam tenderar att ha liten variation.

Celler förekommer enskilt och i par, vissa i kedjor och ibland i långa filament. Beroende på art, stam och odlingsförhållanden kan dotterceller separeras.

Således verkar kulturen vara sammansatt av enskilda celler och par av delande celler när de ses med faskontrastmikroskopi. I andra fall kan dottercellerna förbli knutna till varandra och därmed visa cellkedjor.

Sporernas morfologi är en taxonomisk egenskap, även om viss variation kan existera inom speciella stammar. De vanligaste sporerna är ellipsoida eller ovala, men formerna sträcker sig från cylindriska till ellipsoida, sfäriska eller oregelbundet form som påminner om en njur eller banan.

Taxonomi och klassificering

Taxonomiskt finns släktet Bacillus i Phylum Firmicutes, Class Bacilli, Order Bacillales, Family Bacillacea. Denna släkt användes av Christian Gottfried Ehrenberg 1835 för att gruppera stavformade bakterier.

Sedan omdefinierade Ferdinand Cohn, 1872, gruppen som sporedannande, värmebeständiga, Gram-positiva och fakultativa aeroba eller anaeroba bakterier. Typen av släktet är Bacillus subtilis.

Forskare konstaterade 1991 att släktet Bacillus, som det hade behandlats hittills, var polyfyletiskt. Därför genomförde de en omarrangemang av Bacillus sensu lato-gruppen, från vilken fem nya släkter extraherades.

Släktet är indelat i två grupper, dels gruppen B. subtilis och besläktade arter, medan å andra sidan finns gruppen av B. cereus. Den första grupperar organismer som är mindre än 1 μm i diameter, icke-svullna sporangium och ellipsoidala sporer.

Den andra gruppen, å andra sidan, innehåller arter med mer än 1 mikrometer i diameter, med en icke-svälld sporangium och elpsoidala sporer.

Var finns de?

Bacillusbakterier har isolerats mest från jord, vatten, mat och kliniska prover. Men de har också hittats i de mest ovanliga miljöerna, som havsediment tusentals meter under havsnivån och i stratosfäriska luftprover, i sura geotermiska pooler, i starkt alkaliskt grundvatten och i terminala hypersalina sjöar.

Andra har upptäckts i mänskliga tillverkade nischer, från mexikanska gravar och förfallna romerska väggmålningar, till extremt rena rum i rymdskeppsmöten.

Växter är också en rik källa för nya Bacillus-arter, vissa endofytiska och andra förknippade med rhizosphere.

Fortplantning

Bakterier av släktet Bacillus har två former av asexuell reproduktion: binär klyvning och sporulering.

Binär fission

Binär klyvning är en typ av reproduktion som inträffar när bakterien är i en gynnsam miljö för sin utveckling och tillåter exponentiell tillväxt. Binär klyvning innebär mitotisk uppdelning vilket resulterar i två identiska dotterceller.

Bacillus subtilis-kultur. Taget och redigerat från: Ett tvivel.

Reproduktion av sporulering

Denna andra typ är också känd för sporrbildning. Det visas när det finns någon form av stress i kolonin. Under sporulering inträffar asymmetrisk celldelning, vilket resulterar i bildandet av en större cell (stamcell) och en mindre cell (pre-spore).

Förporen omfattas av stamcellen och täcks med flera skyddande skikt, vilket genererar vattenförlust och tillåter dess mognad. Efter det inträffar lyseringen av stamcellen och frisättningen av endosporen, som kan förbli vilande tills gynnsamma förhållanden har återupprättats.

Som redan nämnts tidigare är denna endospore resistent mot extrema temperaturer, uttorkning, verkan av tvättmedel och strålning och är den främsta orsaken till dessa bakteriers resistens och deras förmåga att kolonisera vilken miljö som helst.

Näring

De flesta av bakterierna från släktet Bacillus återfinns levande i jorden och deras näring är av saprofytisk typ, det vill säga de livnär sig på sönderdelande organiskt material.

Andra arter utgör djurens bakterieflora. I dessa fall upprättar de ett symbiotiskt förhållande där de drar nytta av maten som äts av sin värd och producerar enzymer som hjälper till att smälta dessa livsmedel.

Slutligen kan vissa arter fungera som opportunistiska parasiter och livnär sig direkt på deras värd.

sjukdomar

De flesta Bacillus-arter är icke-patogena och har sällan förknippats med sjukdom hos människor eller andra djur. Mältbrand är det mest kända tillståndet orsakat av denna typ av bakterier, även om matförgiftning och opportunistiska infektioner orsakade av Bacillus cereus också är vanliga.

Mältbrand eller miltbrand

Denna sjukdom är mycket smittsam och orsakas av bakterien Bacillus anthracis. Det kan påverka olika delar av kroppen och dess patogenicitet beror på den drabbade vävnaden, infektionsformen och tiden det tar från infektionen till behandlingen.

Bacillus anthracis-kultur, stam samlad i Kaimedo, Tokyo, Japan, platsen för bioterrorismhändelsen 1993. Hämtad och redigerad från: Centers for Disease Control, USA.

Den mest aggressiva formen av sjukdomen är pulmonal miltbrand, som har en hög dödlighet. Det kan också attackera huden (kutan miltbrand) eller matsmältningssystemet. Mältbrand kan attackera alla varmblodiga djur, inklusive människor.

Slaktkropparna av djur som dödats av sjukdomen såväl som mark som är förorenade med avföring eller blod från infekterade djur utgör reservoarer av sjukdomen.

Stekt ris-syndrom

Det är ett hemetiskt syndrom som framträder främst på grund av konsumtion av dåligt hanterat ris, även om det också kan uppstå på grund av konsumtion av mejeriprodukter och andra livsmedel. Det orsakande medlet är bakterien Bacillus cereus.

Detta syndrom kännetecknas av förekomsten av illamående och kräkningar, som förekommer 1 till 5 timmar efter intag av förorenad mat. Magkramper kan också förekomma, men diarré är sällsynt.

Det är en självbegränsad sjukdom som i allmänhet varar i inte mer än 48 timmar, där det är viktigt att undvika uttorkning, vila och undvika mjölkkonsumtion medan symptomen på syndromet kvarstår.

endoftalmit

Endoftalmit är en ögoninfektion på grund av olika patogena organismer. Det infekterade organets inflammatoriska respons kan orsaka trauma hos samma öga.

Olika arter av bakterier är relaterade till denna sjukdom, en av de mest relevanta är Bacillus cereus, vars infektioner orsakar lesioner med reserverade prognoser.

Behandling av sjukdomen består av administrering av klindamycin eller vankomycin till patienten, dexametason rekommenderas också. Ibland kan sjukdomen äventyra synen. I dessa fall rekommenderas kirurgiskt avlägsnande av glasögonhumören.

Andra sjukdomar

Bakterier av släktet Bacillus är relaterade till olika sjukdomar som främst drabbar människor med kompromitterat immunsystem. Dessa sjukdomar inkluderar endokardit, bakteremi, hud- och muskuloskeletala infektioner samt keratit.

Bacillus megaterium-arten, en av de största bakterierna, kan orsaka hjärnabcesser.

Bacillus megatierium. Taget och redigerat från: Alexastely.

tillämpningar

probiotika

Enligt Världshälsoorganisationen är probiotika levande mikroorganismer som orsakar positiva effekter på hälsan hos människor eller djur som konsumerar dem i tillräckliga mängder i sin kost.

Vissa arter av Bacillus används som probiotika, inklusive B. coagulans. Bland fördelarna med att äta denna bakterie har forskare föreslagit att det lindrar symtomen på irriterande tarmsyndrom. Det lindrar också symtom på reumatoid artrit och flatulens.

En annan medlem av släktet som har använts som probiotika är B. subtilis. Bland fördelarna med denna organisme som probiotikum är lindring av tarminflammationer och urogenitala infektioner och stopp av diarré.

Denna bakteries sporer verkar för sin del mot oxidativ stress orsakad av keratinocyit.

Biologisk styrenhet

Bakterier av släktet Bacillus producerar en mängd olika ämnen med antibiotikaegenskaper som hämmar tillväxten av fytopatogena organismer, såsom icke-ribosomala cykliska lipopeptider och 5-endotoxiner. Det används också i den farmakologiska industrin för att få antibiotika mot mänskliga patogener.

Cirka 75% av de biopesticider som kommersialiseras över hela världen produceras baserat på Bacillus thuringiensis. Andra arter, såsom B. subtilis, B. pumilus och B. amyloliquefaciens, används också kommersiellt, främst för framställning av fungicider.

Andra användningsområden

Branschen använder också bakterier av släktet Bacillus också för kommersiell produktion av enzymer och för produktion av tvättmedel. Dessutom är de bland de mest använda mikroorganismerna i mikrobiologi, molekylärbiologi eller gentekniska studier, bland andra.

Livscykel

Under adekvata näringsförhållanden, temperatur, pH, atmosfärisk sammansättning, bland andra, växer Bacillusceller och delar sig genom binär klyvning, en form av asexuell reproduktion som består av DNA-duplikering, följt av uppdelningen av cytoplasma med en septum avdelare som korsar cellens centrum, vilket ger upphov till två dotterceller.

Negativa förhållanden

När miljöförhållandena är ogynnsamma genererar emellertid vegetativa celler endosporer, som är cellulära strukturer som inte innehåller ATP och som har extremt latenta metabolism, vilket ger resistens.

Endosporer bildas i slutet av den exponentiella tillväxtfasen. Många andra faktorer är kända för att påverka bildningen av endosporer, såsom tillväxttemperatur, miljö-pH, luftning, närvaron av vissa mineraler och källor till kol, kväve och fosfor och deras koncentrationer. Ett annat inflytande är befolkningstätheten.

Steg vilande sporer-vegetativa celler

Omvandlingen av vilande sporer till vegetativa celler involverar tre steg: aktivering, groddning och utväxt. Inaktiviteten bryts av gynnsamma temperaturförändringar eller genom åldrande av cellerna.

Många arter kräver emellertid inte sådan aktivering. När sporen lämnar viloläge, om sporen möter lämpliga miljöförhållanden, utlöses spiring genom förlust av brytning, snabb hydrolysering av cortex och nedbrytning av små syralösliga proteiner som ger det resistens mot medel. kemisk och strålning.

Protoplasten av de groda sporerna sväller synligt på grund av upptag av vatten, biosyntesen återupptas och en ny vegetativ cell framträder från rotamsporlagret vilket ger upphov till en ny period av vegetativ reproduktion.

Utvalda arter

Bacillus cereus

Denna art är en Gram-positiv bakterie som vanligtvis finns i jord, vatten och mat i alla tempererade zoner i världen. Det är en fakultativ anaerob art som kan röra sig genom verkan av peritrichous flagella.

Denna bakterie är en av de främsta skyldigheterna för livsmedelsburna sjukdomar, med möjlighet till emetiskt syndrom eller toxiskt-smittsamt syndrom. Bacillus cereus kan också orsaka olika icke-gastrointestinala sjukdomar, såsom endokardit, bakteremi, endoftalmit eller kroniska hudinfektioner bland andra.

Eftersom den har mycket motståndskraftiga endosporer uppnås dess eliminering inte med tillagning, och den elimineras inte heller genom frysning, men den senare stoppar dess tillväxt, så det rekommenderas att använda temperaturer under 6 ° C om maten ska lagras. under långa perioder.

Bacillus anthracis

Det är en art av släktet som kännetecknas av att vara orörlig av frånvaron av flagella, i motsats till vad som händer med resten av företrädare för släktet. Det är Gram-positivt och fakultativt anaerobt.

Denna bakterie är ansvarig för miltbrand och dess patogenicitet beror på två virulensfaktorer, en kapselpolypeptid kallad substans P och ett protein exotoxin som kallas faktor B.

Det finns många stammar av denna bakterie, vars virulens varierar mellan dem. De mest virulenta stammarna har använts som biologiska vapen.

Bacillus subtilis

Gram-positiva och katalas-positiva bakterier som bebor jorden. Den är stavformad med rundade kanter och är 2-3 mikron lång och 1 mikron bred. Denna bakterie är nästan uteslutande aerob, men kan överleva i anoxiska miljöer.

Det anses vara säkert för människor, men det finns isolerade fall av förgiftning från mat förorenad med denna art. I dessa fall liknar symtomen dem med Bacillus cereusförgiftning.

Det är en av de mest studerade bakteriearterna och forskare anser att den är den Gram-positiva versionen av Escherichia coli. Det betraktas också som en modellorganism för laboratorieundersökningar, särskilt i genetiska manipuleringsstudier.

Bacillus subtilis producerar bactricin, ett bakteriedödande antibiotikum som är effektivt vid behandling av Gram-positiva bakterier, såsom Staphylococcus aureus. Det producerar också bioaktiva föreningar med svampdödande aktivitet och ämnen som används vid produktion av tvättmedel.

Bacillus thuringiensis

Gram-positiv bacillus som bebor jord, växtytor och i tarmarna på larverna hos olika arter av fjärilar och mal. Det kännetecknas av att de under sporulationsprocessen producerar proteinkristaller som har insekticidala egenskaper.

Tack vare dessa kristaller, kända som 6 endotoxiner, har Bacillus thuringensis-sporer och proteinkristaller använts som biopesticider i mer än 100 år.

Forskare har introducerat den växtens genetiska information, genom genteknik, till olika växter som potatis, bomull eller majs, så att växterna producerar ämnen med insektsdödande egenskaper.

referenser

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearshall & BJ McCarthy (1978). Mikrobiologi. 2: a upplagan. Holt, Rinehart & Winston.
2. S. Hogg (2005). Väsentlig mikrobiologi. John Wiley & Sons, LTD.
3. C. Lyre. Bacillus cereus: egenskaper, morfologi, livsmiljö, smittsymtom, behandling. Återställd från: lifeder.com.
4. B. López. Bacillus subtilis: egenskaper, morfologi, sjukdomar. Återställd från: lifeder.com.
5. D. Fritz (2004). Taxonomi för släktet Bacillus och besläktade släkter: de aeroba endosporbildande bakterierna. Phytopatoly
6. PCB Turnbull (1996). Kapitel 15. Bacillus. I: Baron S, redaktör. Medicinsk mikrobiologi. 4: e upplagan. Galveston (TX): University of Texas Medical Branch på Galveston.
7. Bacill. På Wikipedia. Återställs från en.wikipedia.org