BACILLUS: CHARAKTERISTIKA, ROZMNOŽOVANIE, VÝŽIVA, CHOROBY - BIOLÓGIE - 2026

Bacillus je rod baktérií v divízii Firmicutes, ktoré sa vyznačujú tým, že sa vytvárajú spóry v aeróbnych podmienkach. Sú v tvare tyčinky a sú zvyčajne grampozitívne (aj keď niektoré sú gramovo variabilné), s kolóniami, ktoré predstavujú organizmy, ktoré sfarbujú ružovú farbu a iné sfarbujú purpurovú farbu.

V týchto prípadoch vedci zistili, že počet organizmov, ktoré reagujú ako gramnegatívne, sa zvyšuje s vekom kolónie v dôsledku zníženia hrúbky petidoglykánovej vrstvy.

Bacillus flexus. Prevzaté a upravené: Dr. Sahay.

Baktérie tohto rodu môžu byť prísne aeróbne alebo fakultatívne anaeróbne. Väčšina z nich je mobilná z dôvodu prítomnosti bičíkov, sú tu však aj nemobilní zástupcovia. Možno ich nájsť prakticky v akomkoľvek prostredí na Zemi vrátane extrémnych prostredí, od vysokých nadmorských výšok až po morské dno.

Rod bol použitý v roku 1835 Christianom Gottfriedom Ehrenbergom na definovanie tyčinkovitých baktérií, neskôr ho však nanovo definoval Ferdinand Cohn a použil sa na zoskupenie bacilov tvoriacich spóry za aeróbnych, grampozitívnych a fakultatívnych aeróbnych alebo anaeróbnych podmienok.

Niektoré druhy sú predmetom lekárskeho záujmu, pretože môžu spôsobovať choroby, ako je antrax (Bacillus anthracis) alebo choroby prenášané potravinami (Bacillus cereus). Iné sa používajú na získanie antibiotík, enzýmov, ako probiotík alebo vo fermentačných procesoch a v poľnohospodárstve.

Všeobecné charakteristiky

Hlavnou definujúcou charakteristikou rodu je schopnosť produkovať endospory v aeróbnych podmienkach. Tieto spóry sa vyznačujú schopnosťou odolávať vysokým teplotám, vysušovaniu, pôsobeniu dezinfekčných prostriedkov a dokonca aj žiareniu.

Bunková stena je tvorená niekoľkými vrstvami vzájomne prepletených peptidoglykánov, ktoré tvoria silné skafold, ktorý udržuje tvar bunky a obsahuje kyseliny teichoické a lipotéichové.

Sú tyčovité, rovné alebo mierne zakrivené a možno ich nájsť jednotlivo, v pároch a príležitostne v reťaziach. Prevažná väčšina z nich je mobilná kvôli prítomnosti búrlivých bičíkov, to znamená, že vychádzajú vo všetkých smeroch. Bacillus anthracis však nemá bičíky.

Väčšina baktérií tohto rodu je grampozitívna, avšak niektoré sú gramovo variabilné, to znamená, že môžu zafarbiť ružovú alebo purpurovú farbu. Dôvodom je skutočnosť, že peptidoglykánová vrstva môže byť pri starnutí baktérií menej hustá a komplexná, pretože pri liečení alkoholom nemôže udržať kryštálovú violeť.

Sú to všadeprítomné a veľmi odolné organizmy, s druhmi, ktoré sú schopné odolávať veľmi vysokým teplotám (termofilným) alebo veľmi nízkym (psychrofilným), existujú aj druhy, ktoré môžu tolerovať veľmi kyslé alebo veľmi zásadité prostredie pre iné druhy.

Niektoré druhy sú prísne aeróbne, nedokážu prežiť v anoxických podmienkach, zatiaľ čo iné druhy sú fakultatívne anaeróbne.

morfológia

Baktérie baktérií Bacillus môžu byť v tvare tyčiniek, rovné alebo mierne zakrivené, zvyčajne s okrúhlym koncom, aj keď niektoré bunky boli opísané ako štvorcové (napr. Bacillus cereus).

Bunky majú priemer, ktorý sa pohybuje od 0,4 do 1,8 mikrónov a dĺžka od 0,9 do 10,0 mikrónov. Rozmery buniek v každom druhu a v každom kmeni majú tendenciu mať malú variabilitu.

Bunky sa vyskytujú jednotlivo a vo dvojiciach, niektoré v reťaziach a občas v dlhých vláknach. V závislosti od druhu, kmeňa a kultivačných podmienok sa môžu dcérske bunky separovať.

Zdá sa teda, že kultúra je zložená z jednotlivých buniek a párov deliacich sa buniek, keď sa na ne pozerá mikroskopom s fázovým kontrastom. V iných prípadoch môžu dcérske bunky zostať navzájom spojené, a tak vykazovať reťazce buniek.

Morfológia spór je taxonomická charakteristika, aj keď v určitých kmeňoch môžu existovať určité variácie. Najbežnejšie spóry sú elipsoidného alebo oválneho tvaru, ale tvary siahajú od valcovitých až po elipsoidné, sférické alebo nepravidelne tvarované, pripomínajúce obličku alebo banán.

Taxonómia a klasifikácia

Z hľadiska taxonológie sa rod Bacillus nachádza v firmách Phylum Firmicutes, Class Bacilli, Order Bacillales, Family Bacillacea. Tento rod bol v roku 1835 Christianom Gottfriedom Ehrenbergom použitý na zoskupenie baktérií tvaru tyčiniek.

Potom Ferdinand Cohn v roku 1872 skupinu nanovo definoval ako spórotvorné, tepelne odolné, grampozitívne a fakultatívne aeróbne alebo anaeróbne baktérie. Druhom rodu je Bacillus subtilis.

Vedci v roku 1991 zistili, že rod Bacillus, ako bol doteraz liečený, bol polyetylénový. Preto vykonali preusporiadanie skupiny Bacillus sensu lato, z ktorej sa získalo päť nových rodov.

Rod je rozdelený do dvoch skupín, na jednej strane skupina B. subtilis a príbuzné druhy, zatiaľ čo na druhej strane je skupina B. cereus. Prvá skupina zoskupuje organizmy s priemerom menším ako 1 μm, nenasýtené sporangium a elipsoidné spóry.

Druhá skupina, na druhej strane, obsahuje druhy s priemerom väčším ako 1 μm, s nespuchnutými sporangiami a elpsoidálnymi spórami.

Kde sa nachádzajú?

Baktérie baktérií Bacillus boli izolované väčšinou z pôdy, vody, potravy a klinických vzoriek. Objavili sa však aj v najneobvyklejších prostrediach, ako sú morské sedimenty tisíce metrov pod hladinou mora a vo vzorkách stratosférického vzduchu, v kyslých geotermálnych bazénoch, vo vysoko zásaditých podzemných vodách a v terminálnych hypersalínových jazerách.

Ďalšie boli objavené v výklenkoch vyrobených človekom, od mexických hrobiek a chátrajúcich rímskych nástenných malieb až po ultračisté miestnosti v zariadeniach na montáž kozmických lodí.

Rastliny sú tiež bohatým zdrojom nových druhov Bacillus, niektoré endofytické a iné spojené s rhizosférou.

rozmnožovanie

Baktérie rodu Bacillus majú dve formy asexuálnej reprodukcie: binárne štiepenie a sporulácia.

Binárne delenie

Binárne štiepenie je druh rozmnožovania, ktorý sa vyskytuje, keď je baktéria v priaznivom prostredí pre svoj vývoj a umožňuje exponenciálny rast. Binárne štiepenie zahŕňa mitotické delenie, ktorého výsledkom sú dve identické dcérske bunky.

Kultúra Bacillus subtilis. Prevzaté a upravené z: Pochybnosť.

Rozmnožovanie sporulácie

Tento druhý typ je tiež známy pre tvorbu spór. Zdá sa, že v kolónii je nejaký stres. Počas sporulácie dochádza k asymetrickému deleniu buniek, čo vedie k tvorbe väčšej bunky (kmeňovej bunky) a menšej bunky (predspór).

Výsadok je obklopený kmeňovými bunkami a pokrytý niekoľkými ochrannými vrstvami, ktoré spôsobujú stratu vody a umožňujú jej zrelosť. Potom dôjde k lýze kmeňových buniek a uvoľneniu endospory, ktorá môže zostať v pokoji až do opätovného vytvorenia priaznivých podmienok.

Ako už bolo uvedené, tento endospor je odolný proti extrémnym teplotám, vysušeniu, pôsobeniu čistiacich prostriedkov a žiareniu a je hlavnou príčinou odolnosti týchto baktérií a ich schopnosti kolonizovať akékoľvek prostredie.

Výživa

Väčšina baktérií rodu Bacillus žije v pôde a ich výživa je saprofytická, to znamená, že sa živia rozkladajúcou sa organickou hmotou.

Iné druhy tvoria bakteriálnu flóru zvierat. V týchto prípadoch vytvárajú symbiotický vzťah, v ktorom využívajú jedlo prijímané hostiteľom a produkujú enzýmy, ktoré pomáhajú pri trávení týchto potravín.

Niektoré druhy môžu nakoniec pôsobiť ako oportúnni paraziti, ktorí sa živia priamo na svojom hostiteľovi.

choroby

Väčšina druhov Bacillus nie je patogénna a zriedkavo sa spája s ochorením u ľudí alebo iných zvierat. Antrax je najznámejší stav spôsobený týmto typom baktérií, hoci časté sú aj otravy jedlom a oportúnne infekcie spôsobené Bacillus cereus.

Antrax alebo antrax

Táto choroba je vysoko nákazlivá a je spôsobená baktériou Bacillus anthracis. Môže ovplyvniť rôzne časti tela a jeho patogenita závisí od postihnutého tkaniva, od formy infekcie a od času, ktorý trvá od začiatku infekcie do začiatku liečby.

Kultúra Bacillus anthracis, kmeň zozbieraný v Kaimedo, Tokio, Japonsko, miesto bioterorizmu v roku 1993. Prevzaté a upravené: Centers for Disease Control, United States.

Najagresívnejšou formou choroby je antrax pľúc, ktorý má vysokú úmrtnosť. Môže tiež napadnúť kožu (kožnú antrax) alebo tráviaci systém. Antrax môže napadnúť každé teplokrvné zviera vrátane človeka.

Jatočné telá choroby sú mŕtve telá zvierat zabitých touto chorobou, ako aj pôda kontaminovaná trusmi alebo krv infikovaných zvierat.

Syndróm vyprážanej ryže

Je to hemetický syndróm, ktorý sa objavuje hlavne v dôsledku konzumácie ryže, s ktorou sa zle zaobchádza, ale môže sa vyskytnúť aj v dôsledku konzumácie mliečnych a iných potravín. Príčinnou látkou je baktéria Bacillus cereus.

Tento syndróm je charakterizovaný prítomnosťou nevoľnosti a vracania, ktoré sa objavujú 1 až 5 hodín po požití kontaminovanej potravy. Môžu sa tiež vyskytnúť kŕče v bruchu, ale hnačka je zriedkavá.

Je to ochorenie bez obmedzenia, ktoré zvyčajne trvá najviac 48 hodín, pri ktorom je dôležité vyhnúť sa dehydratácii, odpočinku a konzumácii mlieka a mliečnych výrobkov, kým príznaky syndrómu pretrvávajú.

endoftalmitída

Endoftalmitída je očná infekcia spôsobená rôznymi patogénnymi organizmami. Zápalová odozva infikovaného orgánu môže spôsobiť trauma tomu istému oku.

S touto chorobou súvisia rôzne druhy baktérií, jedným z najdôležitejších je Bacillus cereus, ktorého infekcie spôsobujú lézie s rezervovanými prognózami.

Liečba tohto ochorenia spočíva v podaní klindamycínu alebo vankomycínu pacientovi, odporúča sa tiež dexametazón. Ochorenie niekedy môže zhoršiť videnie. V týchto prípadoch sa odporúča chirurgické odstránenie sklovca.

Iné choroby

Baktérie baktérií Bacillus súvisia s rôznymi chorobami, ktoré postihujú hlavne ľudí s oslabeným imunitným systémom. Medzi tieto choroby patrí endokarditída, bakterémia, kožné a muskuloskeletálne infekcie, ako aj keratitída.

Druhy Bacillus megaterium, jeden z najväčších druhov baktérií, môžu spôsobiť mozgové abscesy.

Bacillus megatierium. Prevzaté a upravené: Alexastely.

aplikácia

Probiotiká

Podľa Svetovej zdravotníckej organizácie sú probiotiká živé mikroorganizmy, ktoré majú priaznivý vplyv na zdravie ľudí alebo zvierat, ktoré ich konzumujú v dostatočnom množstve v potrave.

Ako probiotiká sa používajú niektoré druhy Bacillus, vrátane B. coagulans. Medzi výhody konzumácie tejto baktérie vedci navrhli, že zmierňuje príznaky syndrómu dráždivého čreva. Zmierňuje tiež príznaky reumatoidnej artritídy a nadúvania.

Ďalším členom rodu, ktorý sa používa ako probiotikum, je B. subtilis. Medzi výhody tohto organizmu ako probiotika patrí úľava od črevných zápalov a urogenitálnych infekcií a zastavenie hnačky.

Spóry tejto baktérie pôsobia proti oxidačnému stresu spôsobenému keratinocyitídou.

Biologický kontrolór

Baktérie rodu Bacillus produkujú rôzne látky s antibiotickými vlastnosťami, ktoré inhibujú rast fytopatogénnych organizmov, ako sú napríklad ribozomálne cyklické lipopeptidy a ô-endotoxíny. Používa sa tiež vo farmaceutickom priemysle na získavanie antibiotík proti ľudským patogénom.

Približne 75% biopesticídov, ktoré sa predávajú na celom svete, sa vyrába na základe Bacillus thuringiensis. Iné druhy, ako napríklad B. subtilis, B. pumilus a B. amyloliquefaciens, sa tiež používajú komerčne, hlavne na výrobu fungicídov.

Iné použitia

Priemysel používa baktérie rodu Bacillus aj na komerčnú výrobu enzýmov a na výrobu detergentov. Okrem toho patria medzi najčastejšie používané mikroorganizmy v mikrobiológii, molekulárnej biológii alebo štúdiách genetického inžinierstva.

Životný cyklus

Za primeraných podmienok výživy, teploty, pH, atmosférického zloženia, bunky Bacillus rastú a delia sa binárnym štiepením, čo je forma asexuálnej reprodukcie, ktorá spočíva v duplikácii DNA, po ktorej nasleduje rozdelenie cytoplazmy septum delič, ktorý prechádza stredom bunky, čo vedie k vzniku dvoch dcérskych buniek.

Nepriaznivé podmienky

Ak sú však podmienky prostredia nepriaznivé, vegetatívne bunky vytvárajú endospory, čo sú bunkové štruktúry, ktoré neobsahujú ATP a ktoré majú extrémne latentné metabolizmy, ktoré prepožičiavajú rezistenciu.

Endospory sa tvoria na konci exponenciálnej rastovej fázy. Je známych mnoho ďalších faktorov, ktoré ovplyvňujú tvorbu endospor, ako je teplota rastu, pH prostredia, prevzdušňovanie, prítomnosť určitých minerálov a zdrojov uhlíka, dusíka a fosforu a ich koncentrácie. Ďalším vplyvom je hustota obyvateľstva.

Kroky spiace spóry-vegetatívne bunky

Konverzia spiacich spór na vegetatívne bunky zahŕňa tri kroky: aktiváciu, klíčenie a vyrastanie. Nečinnosť je narušená priaznivými zmenami teploty alebo starnutím buniek.

Mnoho druhov si však takúto aktiváciu nevyžaduje. Ak spór pri odchode z dormancie narazí na vhodné podmienky prostredia, klíčenie sa vyvolá stratou žiaruvzdornosti, rýchlou hydrolýzou kôry a degradáciou malých rozpustných kyslých proteínov, ktoré jej dodávajú rezistenciu voči látkam. chemická látka a žiarenie.

Protoplast vyklíčených spór viditeľne napučiava v dôsledku absorpcie vody, obnovuje sa biosyntéza a z rotamovej spórovej vrstvy sa vynára nová vegetatívna bunka, ktorá vedie k novému obdobiu vegetatívnej reprodukcie.

Vybrané druhy

Bacillus cereus

Tento druh je grampozitívna baktéria, ktorá sa bežne vyskytuje v pôde, vode a potrave vo všetkých miernych zónach sveta. Je to fakultatívny anaeróbny druh, ktorý sa môže pohybovať pôsobením peritrichóznych bičíkov.

Táto baktéria je jedným z hlavných vinníkov chorôb spôsobených potravinami, s možnosťou emetického syndrómu alebo toxického infekčného syndrómu. Bacillus cereus môže spôsobovať okrem iného aj rôzne gastrointestinálne choroby, ako je napríklad endokarditída, bakterémia, endoftalmitída alebo chronické kožné infekcie.

Pretože má veľmi odolné endospory, jeho eliminácia sa nedosiahne ani pri varení, ani sa neodstráni zmrazením, ale táto nezastaví svoj rast, takže ak sa má potravina skladovať, odporúča sa používať teploty pod 6 ° C. na dlhú dobu.

Bacillus anthracis

Je to druh rodu, ktorý je charakterizovaný tým, že je imobilný kvôli neprítomnosti bičíkov, čo je v rozpore s tým, čo sa deje so zvyškom zástupcov rodu. Je to grampozitívny a fakultatívny anaeróbny.

Táto baktéria je zodpovedná za antrax a jej patogenita závisí od dvoch faktorov virulencie, kapsulárneho polypeptidu nazývaného látka P a proteínového exotoxínu nazývaného faktor B.

Existuje mnoho kmeňov tejto baktérie, ktorých virulencia sa medzi nimi líši. Naj virulentnejšie kmene sa používajú ako biologické zbrane.

Bacillus subtilis

Gram pozitívne a katalázové pozitívne baktérie, ktoré obývajú pôdu. Má tvar tyče so zaoblenými hranami a je široký 2-3 mikróny a šírka 1 mikrón. Táto baktéria je takmer výlučne aeróbna, ale môže prežiť v anoxickom prostredí.

Považuje sa za bezpečný pre ľudí, existujú však ojedinelé prípady intoxikácie jedlom kontaminovaným týmto druhom. V týchto prípadoch sú príznaky podobné príznakom otravy Bacillus cereus.

Je to jeden z najviac študovaných bakteriálnych druhov a vedci ho považujú za grampozitívnu verziu Escherichia coli. Považuje sa tiež za modelový organizmus pre laboratórne štúdie, najmä v štúdiách genetickej manipulácie.

Bacillus subtilis produkuje baktricín, baktericídne antibiotikum, ktoré je účinné pri liečbe grampozitívnych baktérií, ako je Staphylococcus aureus. Vyrába tiež bioaktívne zlúčeniny s protiplesňovou aktivitou a látky používané pri výrobe detergentov.

Bacillus thuringiensis

Grampozitívny pozitívny bacil, ktorý obýva pôdu, povrchy rastlín a črevá húsenice rôznych druhov motýľov a motýľov. Je charakterizovaná tým, že počas procesu sporulácie produkujú proteínové kryštály, ktoré majú insekticídne vlastnosti.

Vďaka týmto kryštálom, známym ako ô endotoxíny, sa spóry Bacillus thuringensis a proteínové kryštály používajú ako biopesticidy už viac ako 100 rokov.

Vedci predstavili genetické informácie o tejto rastline prostredníctvom genetického inžinierstva pre rôzne druhy rastlín, ako sú zemiaky, bavlna alebo kukurica, takže rastliny produkujú látky s insekticídnymi vlastnosťami.

Referencie

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearshall a BJ McCarthy (1978). Mikrobiológie. 2. vydanie. Holt, Rinehart a Winston.
2. S. Hogg (2005). Esenciálna mikrobiológia. John Wiley & Sons, LTD.
3. C. Lyre. Bacillus cereus: charakteristika, morfológia, lokalita, symptómy nákazy, liečba. Získané z: lifeder.com.
4. B. López. Bacillus subtilis: charakteristika, morfológia, choroby. Získané z: lifeder.com.
5. D. Fritz (2004). Taxonómia rodu Bacillus a príbuzných rodov: Aeróbne baktérie tvoriace aeróbne endospory. Phytopatoly
6. PCB Turnbull (1996). Kapitola 15. Bacillus. In: Baron S, redaktor. Lekárska mikrobiológia. 4. vydanie. Galveston (TX): Zdravotnícka pobočka University of Texas v Galvestone.
7. Bacil. Na Wikipédii. Obnovené z en.wikipedia.org