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 | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

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

Produkcja bakteriocyn[edytuj | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

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

Biotransformacja[edytuj | edytuj kod]

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

Biodegradacja[edytuj | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

Uwagi[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  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 978-83-01-15523-0.
  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.