BACILLUS THURINGIENSIS: EGENSKAPER, MORFOLOGI, LIVSCYKEL - BIOLOGI - 2025

Bacillus thuringiensis är en bakterie som tillhör en stor grupp grampositiva bakterier, vissa patogena och andra helt ofarliga. Det är en av de bakterier som har studerats mest på grund av dess användbarhet i jordbruket.

Denna användbarhet ligger i det faktum att denna bakterie har det speciella att producera kristaller under sin sporuleringsfas som innehåller proteiner som visar sig vara giftiga för vissa insekter som utgör verkliga skadedjur för grödor.

Kristaller av B. thuringiensis-toxin. Av Jim Buckman krediteras och den ursprungliga uppladdaren är PRJohnston. (w: sv: Bild: Bacillus thuringiensis.JPG), via Wikimedia Commons

Bland de mest utmärkta egenskaperna hos Bacillus thuringiensis är dess höga specificitet, dess ofarlighet för människor, växter och djur samt dess minimala restitet. Dessa attribut gjorde det möjligt att positionera sig som ett av de bästa alternativen för behandling och bekämpning av skadedjur som plågade grödor.

Den framgångsrika användningen av denna bakterie blev uppenbar 1938 när den första bekämpningsmedel som tillverkades med sina sporer uppstod. Sedan dess har historien varit lång och genom den har Bacillus thuringiensis ratificerats som ett av de bästa alternativen när det gäller kontroll av jordbruksskadegörare.

taxonomi

Den taxonomiska klassificeringen av Bacillus thuringiensis är:

Domän: Bakterier

Filum: Firmicutes

Klass: Bacilli

Order: Bacillales

Familj: Bacillaceae

Släkte: Bacillus

Arter: Bacillus thuringiensis

Morfologi

Det är stavformade bakterier med rundade ändar. De presenterar ett pertriskt flagelleringsmönster, med flageller fördelade över hela cellytan.

Den har dimensioner på 3-5 mikron lång och 1-1,2 mikron bred. I deras experimentella kulturer observeras cirkulära kolonier, med en diameter på 3-8 mm, med vanliga kanter och ett "slipat glas".

När de observeras under elektronmikroskopet observeras de typiska långsträckta cellerna, förenade i korta kedjor.

Denna bakteriesort producerar sporer som har en karakteristisk ellipsoidal form och är belägna i den centrala delen av cellen utan att orsaka dess deformation.

Generella egenskaper

För det första är Bacillus thuringiensis en grampositiv bakterie, vilket betyder att när den utsätts för Gram-färgningsprocessen får den en violett färg.

På samma sätt är det en bakterie som kännetecknas av dess förmåga att kolonisera olika miljöer. Det har varit möjligt att isolera det på alla typer av jordar. Det har en bred geografisk spridning, och har hittats även i Antarktis, en av de mest fientliga miljöerna på planeten.

Den har en aktiv metabolism och kan jäs kolhydrater som glukos, fruktos, ribos, maltos och trehalos. Det kan också hydrolysera stärkelse, gelatin, glykogen och N-acetyl-glukosamin.

På samma sätt är Bacillus thuringiensis katalasepositiv och kan bryta ner väteperoxid i vatten och syre.

När den har odlats på ett blodagarmedium har ett mönster av beta-hemolys observerats, vilket innebär att denna bakterie kan helt förstöra erytrocyter.

När det gäller dess miljökrav för tillväxt kräver det temperaturintervall från 10 - 15 ° C till 40 - 45 ° C. På samma sätt är dess optimala pH mellan 5,7 och 7.

Bacillus thuringiensis är en strikt aerob bakterie. Det måste vara i en miljö med mycket syretillgänglighet.

Det särskiljande kännetecknet för Bacillus thuringiensis är att det under sporuleringsprocessen genererar kristaller som består av ett protein som kallas delta toxin. Inom dessa två grupper har identifierats: Cry och Cyt.

Detta toxin kan orsaka döden av vissa insekter som är verkliga skadedjur för olika typer av grödor.

Livscykel

B. thuringiensis har en livscykel med två faser: en av dem kännetecknas av vegetativ tillväxt, den andra av sporulation. Den första av dem förekommer under gynnsamma förutsättningar för utveckling, till exempel näringsrika miljöer, den andra under ogynnsamma förhållanden, med brist på matsubstrat.

Larver av insekter som fjärilar, skalbaggar eller flugor, bland andra, när de matar på bladen, frukt eller andra delar av växten, kan äta endosporer av bakterien B. thuringiensis.

På insekts matsmältningskanal upplöses och aktiveras det kristalliserade proteinet på bakterien på grund av dess alkaliska egenskaper. Proteinet binder till en receptor på insektens tarmceller och bildar en pore som påverkar elektrolytbalansen och orsakar insektens död.

Således använder bakterien vävnaderna från det döda insektet för dess utfodring, förökning och bildning av nya sporer som kommer att infektera nya värdar.

Toxin

Toxinen som produceras av B. thuringiensis har en mycket specifik verkan i ryggradslösa djur och är ofarliga i ryggradsdjur. Parasporala inneslutningar av B. thuringensis har olika proteiner med olika och synergistisk aktivitet.

B. thuringienisis har flera virulensfaktorer som förutom deltaendotoxinerna Cry och Cyt inkluderar vissa alfa- och beta-exotoxiner, kitinaser, enterotoxiner, fosfolipaser och hemolysiner, som förbättrar dess effektivitet som entomopatogen.

De toxiska proteinkristallerna av B. thuringiensis bryts ned i jorden genom mikrobiell verkan och kan denatureras av förekomsten av solstrålning.

Användningsområden för skadedjursbekämpning

Den entomopatogena potentialen hos Bacillus thuringiensis har utnyttjats mycket i mer än 50 år för att skydda grödor.

Tack vare utvecklingen av bioteknik och utvecklingen av den har det varit möjligt att använda denna giftiga effekt genom två huvudvägar: produktion av bekämpningsmedel som används direkt på grödor och skapandet av transgena livsmedel.

Giftmekanismens verkan

För att förstå vikten av denna bakterie i skadedjursbekämpning är det viktigt att veta hur toxinet attackerar insektens kropp.

Handlingsmekanismen är indelad i fyra steg:

Pråtoxinsolubilisering och bearbetning av gråt : kristaller intagna av insektslarver upplöses i tarmen. Genom verkan av närvarande proteaser omvandlas de till aktiva toxiner. Dessa toxiner korsar det så kallade peritrofiska membranet (skyddande membran i cellerna i tarmepitelet).

Bindning till receptorer : toxiner binder till specifika platser som finns i mikrovillan i insektens tarmceller.

Insättning i membranet och bildandet av poren : Gråtproteiner sätts in i membranet och orsakar total förstörelse av vävnaden genom bildning av jonkanaler.

Cytolys : död av tarmsceller. Detta sker genom flera mekanismer, den mest kända är osmotisk cytolys och inaktivering av systemet som upprätthåller pH-balansen.

Bacillus thuringiensis

När den toxiska effekten av proteinerna som producerats av bakterierna hade verifierats undersöktes deras potentiella användning vid bekämpning av skadedjur i grödor.

Många studier har genomförts för att bestämma bekämpningsmedel egenskaperna för toxinet som produceras av dessa bakterier. På grund av de positiva resultaten av dessa undersökningar har Bacillus thuringiensis blivit den mest använda biologiska insekticiden i världen för att kontrollera skadedjur som skadar och negativt påverkar olika grödor.

Källa: Pixabay.com

Bacillus thuringiensis-baserade bioinsekticider har utvecklats över tid. Från de första som endast innehöll sporer och kristaller, till de som är kända som tredje generationens sådana som innehåller rekombinanta bakterier som genererar bt-toxinet och som har fördelar som att nå växtvävnader.

Vikten av toxinet som produceras av denna bakterie är att det inte bara är effektivt mot insekter utan också mot andra organismer som nematoder, protoso och trematoder.

Det är viktigt att klargöra att detta toxin är helt ofarligt i andra typer av levande varelser, såsom ryggradsdjur, en grupp som människor tillhör. Detta beror på att de interna förhållandena i matsmältningssystemet inte är idealiska för dess spridning och effekt.

Bacillus thuringiensis

Tack vare tekniska framsteg, särskilt utvecklingen av rekombinant DNA-teknik, har det varit möjligt att skapa växter som är genetiskt immuna mot effekten av insekter som förödar grödor. Dessa växter är generellt kända som transgena livsmedel eller genetiskt modifierade organismer.

Denna teknik består av att identifiera sekvensen av gener som kodar uttrycket av toxiska proteiner inom bakteriens genom. Dessa gener överförs senare till genomet för växten som ska behandlas.

När växten växer och utvecklas börjar den syntetisera toxinet som tidigare producerades av Bacillus thuringiensis och är då immun mot insekts verkan.

Det finns flera anläggningar där denna teknik har använts. Bland dessa är majs, bomull, potatis och sojabönor. Dessa grödor kallas bt majs, bt bomull etc.

Naturligtvis har dessa transgena livsmedel genererat viss oro i befolkningen. I en rapport publicerad av Förenta staternas miljöbyrå fastställdes emellertid att dessa livsmedel hittills inte har visat någon typ av toxicitet eller skada, varken hos människor eller hos högre djur.

Effekter på insektet

Kristallerna från B. thuringiensis upplöses i insektens tarm med högt pH och protoxinerna och andra enzymer och proteiner frisätts. Således blir protoxinerna aktiva toxiner som binder till specialiserade receptormolekyler i tarmen.

Toxinet från B. thuringiensis producerar insekts upphörande av intag, förlamning av tarmen, kräkningar, obalanser i utsöndring, osmotisk dekompensation, allmän förlamning och slutligen döden.

På grund av toxins verkan inträffar allvarliga skador i tarmvävnaden som förhindrar dess funktion, vilket påverkar assimilering av näringsämnen.

Intestin från "Caenorhabditis elegans" infekterad med "Bacillus thuringiensis". Källa: www.researchgate.net

Det har ansetts att insektens död kan orsakas av sporernas spiring och spridningen av vegetativa celler i insektens hemocele.

Man tror emellertid att dödligheten mer beror på verkan av kommensala bakterier som lever i insektens tarm och att de efter verkan av B. thuringiensis-toxinet skulle kunna orsaka septikemi.

B. thuringiensis-toxinet påverkar inte ryggradsdjur, eftersom matsmältningen i det senare sker i sura miljöer, där toxinet inte aktiveras.

Dess höga specificitet hos insekter sticker ut, särskilt känd för Lepidoptera. Det anses ofarligt för de flesta av entomofauna och har ingen skadlig verkan på växter, det vill säga den är inte fytotoxisk.

referenser

1. Hoffe, H. och Whiteley, H. (1989, juni). Insekticida kristallproteiner av Bacillus thuringiensis. Mikrobiologisk granskning. 53 (2). 242-255.
2. Martin, P. och Travers, R. (1989, oktober). Världen överflöd och distribution av tillämpad Bacillus thuringiensis och miljömikrobiologi. 55 (10). 2437-2442.
3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. och Yeon, H. (2007). Bacillus thuringiensis som ett specifikt, säkert och effektivt verktyg för skadedjursbekämpning. Journal of Microbiology and Biotechnology, 17 (4). 547-559
4. Sauka, D. och Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: generaliteter. En metod för dess användning i biokontroll av lepidopteraninsekter som är jordbruksskadegörare. Argentine Journal of Microbiology. 40. 124-140
5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D., och Dean H. (1998, september). Bacillus thuringiensis och dess bekämpningsmedel kristallprotein. Mikrobiologi och molekylärbiologi. 62 (3). 775-806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. och Villalobos, S. (2018, januari). Släktet Bacillus som biologiska kontrollmedel och deras konsekvenser för jordbrukssäkerhet. Mexikansk tidskrift för fytopatologi. Online-publicering.