Charakterystyka Bacillus thuringiensis, morfologia, cykl życia



Bacillus thuringiensis jest bakterią należącą do dużej grupy bakterii Gram-dodatnich, niektóre patogenne i inne całkowicie nieszkodliwe. Jest to jedna z bakterii, która była badana najbardziej ze względu na jej przydatność w rolnictwie.

Ta użyteczność polega na tym, że bakteria ma szczególną właściwość wytwarzania podczas fazy zarodnikowania kryształów zawierających białka, które okazują się toksyczne dla niektórych owadów stanowiących prawdziwe szkodniki dla upraw.

Wśród najbardziej wyróżniających się cech Bacillus thuringiensis Stwierdzono jego wysoką specyficzność, bezpieczeństwo dla ludzi, roślin i zwierząt, a także jego minimalną resztę. Te atrybuty pozwoliły mu stać się jedną z najlepszych opcji leczenia i kontroli szkodników, które nękały uprawy.

Udane zastosowanie tej bakterii stało się widoczne w 1938 r., Kiedy powstał pierwszy pestycyd wyprodukowany z jego zarodnikami. Stamtąd historia była długa i przez to ratyfikowała Bacillus thuringiensis jako jedna z najlepszych opcji kontroli szkodników rolniczych.

Indeks

  • 1 Taksonomia
  • 2 Morfologia
  • 3 Ogólna charakterystyka
  • 4 Cykl życia
    • 4.1 Toksyna
  • 5 Zastosowania w zwalczaniu szkodników
    • 5.1 Mechanizm działania toksyny
    • 5.2 Bacillus thuringiensis i pestycydy
    • 5.3 Bacillus thuringiensis i żywność transgeniczna
  • 6 Wpływ na owada
  • 7 referencji

Taksonomia

Klasyfikacja taksonomiczna Bacillus thuringiensis to:

Domena: Bakterie

Typ: Firmicutes

Klasa: Bacilli

Zamów: Bacillales

Rodzina: Bacillaceae

Płeć: Bacillus

Gatunki: Bacillus thuringiensis

Morfologia

Są to bakterie, które mają kształt prętów o zaokrąglonych końcach. Przedstawiają wzór biczowania obwodowego, z wiciami rozmieszczonymi na powierzchni komórki.

Ma wymiary 3-5 mikronów długości i 1-1,2 mikrona szerokości. W ich eksperymentalnych kulturach obserwuje się koliste kolonie o średnicy 3-8 mm, o regularnych krawędziach i wyglądzie „matowego szkła”..

Obserwując mikroskop elektronowy, obserwuje się typowe wydłużone komórki połączone w krótkie łańcuchy.

Ten gatunek bakterii wytwarza zarodniki, które mają charakterystyczny kształt elipsoidalny i znajdują się w centralnej części komórki, nie powodując deformacji tego samego.

Ogólna charakterystyka

Po pierwsze Bacillus thuringiensis jest bakterią Gram-dodatnią, co oznacza, że ​​po poddaniu barwieniu metodą Grama nabiera fioletowego zabarwienia.

Podobnie jest bakterią charakteryzującą się zdolnością do kolonizacji różnych środowisk. Możliwe było wyizolowanie go we wszystkich typach gleby. Ma szeroki zasięg geograficzny, został znaleziony nawet na Antarktydzie, jednym z najbardziej wrogich środowisk na planecie.

Prezentuje aktywny metabolizm, zdolny do fermentacji węglowodanów, takich jak glukoza, fruktoza, ryboza, maltoza i trehaloza. Może również hydrolizować skrobię, żelatynę, glikogen i N-acetyloglukozaminę.

W tej samej kolejności pomysłów Bacillus thuringiensis Jest to katalaza dodatnia, zdolna do rozkładu nadtlenku wodoru w wodzie i tlenu.

Po uprawie na podłożu agarowo-krwiowym zaobserwowano wzorzec hemolizy beta, co oznacza, że ​​bakteria ta jest w stanie całkowicie zniszczyć erytrocyty.

Jeśli chodzi o wymagania środowiskowe dotyczące wzrostu, wymaga zakresów temperatur w zakresie od 10 - 15 ° C do 40 - 45 ° C W ten sam sposób jego optymalne pH wynosi od 5,7 do 7.

The Bacillus thuringiensis Jest to ścisła bakteria tlenowa. Obowiązkowe musi znajdować się w środowisku o dużej dostępności tlenu.

Charakterystyczna cecha Bacillus thuringiensis jest to, że podczas procesu sporulacji generuje kryształy utworzone przez białko znane jako toksyna delta. W ramach tych dwóch grup zidentyfikowano: Płacz i Cyt.

Ta toksyna może powodować śmierć niektórych owadów, które są prawdziwymi szkodnikami dla różnych rodzajów upraw.

Cykl życia

B. thuringiensis Przedstawia cykl życia z dwiema fazami: jedną z nich charakteryzuje wzrost wegetatywny, a drugą zarodnikowanie. Pierwszy występuje w sprzyjających warunkach dla rozwoju, takich jak środowiska bogate w składniki odżywcze, drugi w niekorzystnych warunkach, z niedoborem substratu pokarmowego.

Larwy owadów, takie jak między innymi motyle, chrząszcze lub muchy, mogą jeść endospory bakterii, żywiąc się liśćmi, owocami lub innymi częściami rośliny. B. thuringiensis.

W przewodzie pokarmowym owada, ze względu na alkaliczne właściwości owada, skrystalizowane białko bakterii rozpuszcza się i aktywuje. Białko wiąże się z receptorem w komórkach jelitowych owada, tworząc por, który wpływa na równowagę elektrolitową, powodując śmierć owada.

Tak więc bakteria wykorzystuje tkanki martwego owada do jego karmienia, namnażania i tworzenia nowych zarodników, które będą infekować nowych gospodarzy.

Toksyna

Toksyny wytwarzane przez B. thuringiensis prezentują wysoce specyficzne działanie u bezkręgowców i są nieszkodliwe u kręgowców. Parasporalne inkluzje B. thuringensis mają różne białka o zróżnicowanej i synergistycznej aktywności.

B. thuringiensis Ma kilka czynników wirulencji, które obejmują, oprócz endotoksyn delta, Cry and Cyt, pewne alfa i beta egzotoksyny, chitynazy, enterotoksyny, fosfolipazy i hemolizyny, które zwiększają jego skuteczność jako entomopatogen.

Toksyczne kryształy białka B. thuringiensis, ulegają degradacji w glebie dzięki działaniu mikrobiologicznemu i mogą zostać zdenaturowane przez promieniowanie słoneczne.

Używa w zwalczaniu szkodników

Potencjał entomopatogenny Bacillus thuringiensis jest wysoce wykorzystywany przez ponad 50 lat w ochronie upraw.

Dzięki rozwojowi biotechnologii i jej postępom możliwe było wykorzystanie tego toksycznego efektu na dwa główne sposoby: przygotowanie pestycydów stosowanych bezpośrednio w uprawach i tworzenie żywności transgenicznej.

Mechanizm działania toksyny

Aby zrozumieć znaczenie tej bakterii w zwalczaniu szkodników, ważne jest, aby wiedzieć, jak atakuje ona toksynę w organizmie owada..

Jego mechanizm działania jest podzielony na cztery etapy:

Solubilizacja i przetwarzanie protoksyn Cry: kryształy spożywane przez larwy owadów rozpuszczają się w jelicie. Dzięki działaniu obecnych proteaz są one przekształcane w aktywne toksyny. Toksyny te przechodzą przez tzw. Błonę perytroficzną (błonę ochronną komórek nabłonka jelit).

Unia do odbiorników: toksyny wiążą się ze specyficznymi miejscami, które znajdują się w mikrokosmkach komórek jelitowych owada.

Wstawianie w membranę i tworzenie porów: Białka Cry są wprowadzane do błony i powodują całkowite zniszczenie tkanki poprzez tworzenie kanałów jonowych.

Cytoliza: śmierć komórek jelitowych. Dzieje się tak dzięki kilku mechanizmom, z których najbardziej znanym jest cytoliza osmotyczna i inaktywacja systemu, który utrzymuje równowagę pH.

Bacillus thuringiensis i pestycydy

Po zweryfikowaniu toksycznego działania białek wytwarzanych przez bakterie zbadano jego potencjalne zastosowanie w zwalczaniu szkodników w uprawach..

Przeprowadzono wiele badań w celu określenia właściwości pestycydów toksyn wytwarzanych przez te bakterie. Ze względu na pozytywne wyniki tych badań, Bacillus thuringiensis Stał się biologicznym insektycydem najczęściej używanym na świecie do zwalczania szkodników, które uszkadzają i negatywnie wpływają na różne uprawy.

Bioinsektycydy na podstawie Bacillus thuringiensis Z czasem ewoluowały. Od pierwszego, który zawierał tylko zarodniki i kryształy, do tych znanych jako trzecia generacja, które zawierają rekombinowane bakterie, które wytwarzają toksynę bt i mają zalety takie jak dotarcie do tkanek roślinnych.

Znaczenie toksyny wytwarzanej przez tę bakterię polega na tym, że jest ona nie tylko skuteczna przeciwko owadom, ale także przeciwko innym organizmom, takim jak nicienie, pierwotniaki i przywry..

Ważne jest, aby wyjaśnić, że ta toksyna jest całkowicie nieszkodliwa w innych rodzajach żywych istot, takich jak kręgowce, do których należy człowiek. Dzieje się tak, ponieważ wewnętrzne warunki układu trawiennego nie nadają się do jego proliferacji i działania.

Bacillus thuringiensis i żywność transgeniczna

Dzięki postępowi technologicznemu, zwłaszcza rozwojowi technologii rekombinacji DNA, możliwe było stworzenie roślin, które są genetycznie odporne na działanie owadów, które sieją spustoszenie na uprawach. Rośliny te są ogólnie znane jako pokarmy transgeniczne lub organizmy zmodyfikowane genetycznie.

Technologia ta polega na identyfikacji w genomie bakterii sekwencji genów kodujących ekspresję toksycznych białek. Później te geny są przenoszone do genomu leczonej rośliny.

Kiedy roślina rośnie i rozwija się, zaczyna syntetyzować toksynę, która została wcześniej wyprodukowana przez Bacillus thuringiensis, będąc wtedy odpornym na działanie owadów.

Istnieje kilka zakładów, w których zastosowano tę technologię. Wśród nich są kukurydza, bawełna, ziemniaki i soja. Te uprawy są znane jako bt corn, bt cotton itp..

Oczywiście te genetycznie zmodyfikowane produkty żywnościowe wywołały pewne obawy w populacji. Jednak w raporcie opublikowanym przez Amerykańską Agencję Ochrony Środowiska ustalono, że te produkty, na bieżąco, nie przejawiały żadnego rodzaju toksyczności ani uszkodzenia, ani u ludzi, ani u zwierząt wyższych..

Wpływ na owada

Kryształy B. thuringiensis rozpuszczają się w jelicie owada o wysokim pH i protoksynach, a inne enzymy i białka są uwalniane. Tak więc protoksyny są przekształcane w aktywne toksyny, które przyłączają się do wyspecjalizowanych cząsteczek receptorów w komórkach jelita.

Toksyna B. thuringiensis produkuje w owadzie przerwanie przyjmowania pokarmu, paraliż jelita, wymioty, brak równowagi w wydalaniu, dekompensację osmotyczną, ogólny paraliż i wreszcie śmierć.

Z powodu działania toksyny w tkance jelitowej występują poważne uszkodzenia, które utrudniają jej funkcjonowanie, wpływając na przyswajanie składników odżywczych.

Uznano, że śmierć owada może być spowodowana kiełkowaniem zarodników i proliferacją komórek wegetatywnych w hemocoelu owada.

Uważa się jednak, że śmiertelność zależeć będzie raczej od działania bakterii komensalnych, które zamieszkują jelito owada i po działaniu toksyny B. thuringiensis byłby w stanie wywołać posocznicę.

Toksyna B. thuringiensis nie wpływa na kręgowce, ponieważ trawienie żywności w tych ostatnich odbywa się w środowisku kwaśnym, gdzie toksyna nie jest aktywowana.

Podkreśla jego wysoką specyfikę u owadów, szczególnie znanych z lepidoptera. Jest uważany za bezpieczny dla większości entomofauny i nie ma szkodliwego działania na rośliny, to znaczy nie jest fitotoksyczny.

Referencje

  1. Hoffe, H. i Whiteley, H. (1989, czerwiec). Białka kryształów owadobójczych z Bacillus thuringiensis. Przegląd mikrobiologiczny. 53 (2). 242-255.
  2. Martin, P. i Travers, R. (1989, październik). Obfitość i dystrybucja na całym świecie Bacillus thuringiensis Mikrobiologia stosowana i środowiskowa. 55 (10). 2437-2442.
  3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. i Yeon, H. (2007) Bacillus thuringiensis jako specyficzne, bezpieczne i skuteczne narzędzie do zwalczania szkodników owadów. Journal of Microbiology and Biotechnology.17 (4). 547-559
  4. Sauka, D. i Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: ogólne Podejście do jego stosowania w biokontroli owadów lepidoptera, które są szkodnikami rolniczymi. Argentyński Journal of Microbiology. 40. 124-140
  5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. i Dean H. (1998, wrzesień). Bacillus thuringiensis i jego pestycydowe białko krystaliczne. Recenzje mikrobiologii i biologii molekularnej. 62 (3). 775-806.
  6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. i Villalobos, S. (2018, styczeń). Rodzaj Bacillus jako czynniki kontroli biologicznej i jej konsekwencje dla bezpieczeństwa biologicznego w rolnictwie. Mexican Journal of Phytopathology. Publikacja online.