Bacillus (bakteria)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Bacillus subtilis Gram.jpg
Bacillus subtilis barwiony metodą Grama
Systematyka
Królestwo bakterie
Typ Firmicutes
Klasa Bacilli
Rząd Bacillales
Rodzina Bacillaceae
Nazwa systematyczna
Bacillus
Cohn 1872

Bacillus (łac. bacillus, bacillum – pałeczka, laseczka[a]) – rodzaj gramdodatnich, cylindrycznych bakterii należących do typu Firmicutes, zdolnych do tworzenia endospor[1][2].

Bacillus to bakterie tlenowe lub względnie beztlenowe. Mogą być ruchliwe dzięki urzęsieniu perytrychalnemu bądź biegunowemu – albo nieruchliwe (np. B. anthracis, B. mycoides). Są katalazododatnie, szeroko rozpowszechnione w naturze[1][2]. Mogą wytwarzać otoczkę złożoną z kwasu poliglutaminowego lub z polisacharydów[1].

Występują pojedynczo, parami lub w formie łańcuszków[1]. Wykazują bardzo dużą różnorodność genetyczną, przez co charakteryzują się dużym zróżnicowaniem fizjologicznym i metabolicznym[2]. Można wyróżnić zarówno szczepy psychrofilne, jak i termofilne; acydofilne, jak i alkalofilne. Niektóre są odporne na zasolenie, inne są wręcz halofilne[1].

Endospory wytwarzane przez mikroorganizmy z rodzaju Bacillus są bardzo odporne na niekorzystne warunki środowiska (ciepło, wysuszenie), a także na wiele środków dezynfekujacych[1]. Przetrwalniki B. anthracis mogą przetrwać w glebie nawet dziesiątki lat[3]. 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[2].

Metabolizm[edytuj]

Bakterie Bacillus należą do chemoorganotrofów (z wyjątkiem 2 gatunków należących do fakultatywnych chemolitotrofów)[1]. W zależności od gatunku mają bardzo zróżnicowane wymagania pokarmowe – można spotkać zarówno prototrofy, jak i auksotrofy[1][4]. Substancje organiczne są metabolizowane na drodze oddychania tlenowego, fermentacji lub obu tych procesów. Heksozy są rozkładane w wyniku glikolizy do pirogronianu[4].

Zastosowanie[edytuj]

Komórki bakterii dzięki szybkiemu wzrostowi i wydzielaniu dużej ilości białek do pożywki można efektywnie wykorzystać do produkcji białek heterologicznych (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[4].

Produkcja enzymów[edytuj]

Najważniejszymi enzymami produkowanymi z wykorzystaniem bakterii z rodzaju Bacillusenzymy proteolityczne i amylolityczne[4]. Sprzedaż proteaz stanowi ok. 60% światowego rynku enzymów, a najważniejszymi ich producentami są bakterie z rodzaju Bacillus[5]. Szacunkowo połowa preparatów enzymatycznych jest produkowana z udziałem tych bakterii[2]. Proteazy wytwarzane są m.in. przez B. subtilis, B. licheniformis, B. pumilus, B. amyloliquefaciens, B. megaterium[4]. α-amylazy w przemyśle enzymów wytwarzane są głównie przez B. amyloliquefaciens, B. licheniformis, B. subtilis[2].

Inne enzymy wytwarzane przez Bacillus to m.in. izomeraza glukozowa (B. coagulans), fosfataza alkaliczna (B. cereus, B. amyloliquefaciens), fosfolipaza C (B. cereus), katalaza (B. subtilis)[4].

Produkcja antybiotyków[edytuj]

Szczepy B. circulans, B. cereus, B. subtilis, B. licheniformis mogą wytwarzać antybiotyki takie jak bacytracyna, gramicydyna S[4].

Produkcja bakteriocyn[edytuj]

Bakterie te 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[6].

Produkcja bioinsektycydów[edytuj]

B. 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[4][7].

Fermentacja żywności[edytuj]

Nasiona soi fermentowane przez B. subtilis stosowane są do produkcji tradycyjnej japońskiej potrawy natto[4].

Biotransformacja[edytuj]

Bakterie przeprowadzają biotransformacje wielu związków, m.in. hydrolizę estrów, transformacje steroidów[4].

Biodegradacja[edytuj]

Bacillus przeprowadzają biodegradację m.in. n-alkanów (B. subtilis), związków amidowych stosowanych jako pestycydy (B. firmus, B. sphaericus), cyjanowodoru (B. pumilus)[4], barwników azowych (B. subtilis)[8].

Produkcja innych związków[edytuj]

Wytwarzają takie związki jak D-ryboza służąca do produkcji nukleotydów i ryboflawiny (B. subtilis, B. pumilus); kwas poliglutaminowy (PGA), streptawidyna (B. subtilis), substancje smakowe i zapachowe, np. przez przekształcanie kwasu ferulowego do 4-winylogwajakolu, przetwarzanego dalej do waniliny (B. pumilus)[4]; kwas hialuronowy, kwas poligalakturonowy[2].

Patogenność[edytuj]

Jedynie B. anthracis (laseczka wąglika) spośród bakterii rodzaju Bacillus jest uważany za gatunek silnie patogenny dla człowieka i innych ssaków. Innym szkodliwym gatunkiem, choć znacznie mniej wirulentnym jest B. cereus powodujący wiele chorób, m.in. zatrucia pokarmowe i infekcje ran. Niektóre gatunki – takie jak B. circulans, B. megaterium, B. sphaericus – mogą być odpowiedzialne za zakażenia oportunistyczne[4]. Większość jednak to gatunki bezpieczne dla ludzi i zwierząt, posiadające status GRAS (ang. generally recognized as safe) nadawany przez Agencję Żywności i Leków[2].

Zobacz też[edytuj]

Uwagi[edytuj]

Przypisy[edytuj]

  1. a b c d e f g h Niall A. Logan, Paul De Vos: Bacillus. W: Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. George M. Garrity (red.) et al.. ohn Wiley & Sons, Inc., 2009, s. 41. DOI: 10.1002/9781118960608.gbm00530.
  2. 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. 
  3. Agata Bielawska-Drózd, Michał Bartoszcze. Występowanie przetrwalników Bacillus anthracis w środowisku. „Medycyna weterynaryjna”. 68 (8), s. 946–950, 2007. 
  4. 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 9788301155230.
  5. 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. 
  6. Juliana Abigail Leite, Fabrício Luiz Tulini, Fernanda Barbosa dos Reis-Teixeira, Leon Rabinovitch 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, s. 261–266, 2016. DOI: doi:10.1016/j.lwt.2016.04.058. 
  7. 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), s. 423–435, 2007. DOI: doi:10.1016/j.toxicon.2006.11.022. 
  8. Ewelina Węglarz-Tomczak, Łukasz Górecki. Barwniki azowe – aktywność biologiczna i strategie syntezy. „Chemik”. 66 (12), s. 1298–1307, 2012.