Dołącz do czytelników
Brak wyników

Mikrobiologia

11 marca 2020

NR 38 (Marzec 2020)

Bakterie Bacillus spp. – mikroorganizmy aktywne w przyrodzie

22

Morfologia bakterii Bacillus

Rodzaj Bacillus to Gram dodatnie bakterie mające zdolność do formowania wysoko odpornych form przetrwalnikowych – endospor. Formy te pozwalają przetrwać bakteriom w niesprzyjających dla rozwoju warunkach środowiska, często w ekstremalnych temperaturach, w środowiskach ubogich w składniki pokarmowe i wodę. Ponadto umożliwiają rozprzestrzenianie się w przyrodzie, nawet na duże odległości. 
 

Fot. 1. Bacillus cereus


Bakterie te w naturze są wszechobecne. Można je znaleźć w glebie, w wodach słodkich i słonych, w głębinach oceanów, mule i osadach powierzchniowych, gorących źródłach, na różnych częściach roślin, w przewodzie pokarmowym zwierząt czy na psującej się żywności. Mikroorganizmy te to w większości saprofity powszechnie bytujące w środowiskach naturalnych, szczególnie w glebie, ale wyróżnia się też gatunki patogenne rozwijające się w organizmach żywych. 
 

Tabela 1. Przykłady gatunków rosnących w zróżnicowanych warunkach temperatury i pH
NAZWA GRUPY WARUNKI WZROSTU PRZYKŁADY
mezofile optymalna temaratura wzrostu to 30–40ºC,
minimalna 10ºC, a maksymalna 45ºC
B. licheniformis, B. subtilis
termofile nie rosną lub słabo rosną w temperaturze
poniżej 45ºC i są izolowane m.in. z gorących
źródeł wulkanicznych, ale też głębin oceanów
B. sporothermodurans, B. thermoamylovorans,
B. aeolinus, B. smithii, B. fumaroli, B. schlegelii
psychrofile rosną w niskich temperaturach, niektóre nawet
w 0ºC
B. insolitus, B. megaterium, B. psychrotolerans,
B. psychrodurans
alkalofile dobrze rosną w pH > 8, a niektóre nawet
w pH = 11
B. alcalophilus, B. cohnii, B. firmus, B. lentus,
B. pseudofirmus, B. wakoensis
neutrofile rozwijają się w pH obojętnym B. subtilis, B. coagulans, B. licheniformis, B. circulans,
B. pumilus
halofile rosną w kwaśnym pH B. halophilus, B. haloalkaliphilus, B. salarius


Zagrożenie zdrowotne

Wśród bakterii z rodzaju Bacillus jedynie B. anthracis (laseczka wąglika) jest uważany za gatunek silnie patogenny dla człowieka i innych ssaków, a także dla niektórych bezkręgowców. Endospory wytwarzane przez te bakterie, o bardzo dużej odporności na warunki środowiska, przeżywają bardzo dobrze w glebie i wodzie, skąd mogą się dostać do wielu produktów mięsnych i wywoływać chorobę zwaną wąglikiem. U zwierząt śmiertelność z jej powodu sięga 100%. U ludzi stykających się np. zawodowo z mięsem, skórami, wełną i sierścią zakażonych zwierząt, zakażenie wąglikiem ma łagodniejszy przebieg, choć w postaci płucnej lub jelitowej może także przebiegać bardzo ciężko, a leczenie polega na stosowaniu wysokich dawek antybiotyków.
Innym patogennym gatunkiem jest B. cereus. Chociaż jego wirulentność jest znacznie niższa niż laseczki wąglika, może on być przyczyną wielu chorób, w tym zatruć pokarmowych, infekcji ran, zapaleń oczu, posocznic, infekcji układu oddechowego i innych.

Znaczenie biotechnologiczne

Współczesny przemysł biotechnologiczny wykorzystuje bakterie rodzaju Bacillus przede wszystkim do produkcji enzymów i antybiotyków na skalę przemysłową, a także bioinsyktecydów, chemikaliów i innych metabolitów (np. kwas hialuronowy, kwas foliowy i poliglutaminowy, ryboflawina). Wśród enzymów wartościowych dla przemysłowego zastosowania w produkcji żywności i pasz oraz detergentów warto wymienić alkaliczne i obojętne proteazy, amylazy, celulazy, glukanazy, izomerazę glukozową, ksylanazy. Stanowią one obecnie ponad 60% przemysłowej produkcji wszystkich preparatów enzymatycznych.
Ważnym obszarem biotechnologicznego wykorzystania bakterii Bacillus na skalę przemysłową jest produkcja antybiotyków, m.in. bacytracyny, gramicydyny i polimyksyny.
 

Tabela 2. Zewnątrzkomórkowe enzymy wytwarzane przez bakterie z rodzaju Bacillus
GATUNEK PRZYKŁADOWE ENZYMY
B. cereus chitozanaza, chitynaza, α-amylaza, β-amylaza, fosfolipaza C
B. circulans celulaza, chitynaza, amylaza, pululanaza
B. licheniformis α-amylaza, celulaza, chitynaza, licheninaza, β-mannozydaza, lipaza, liaza pektynianowa
B. megaterium β-amylaza, dekstranaza, β-mannozydaza
B. subtilis tripeptydaza, bacillolizyna, subtylizyna
B. pumilus celulaza, chitozanaza, licheninaza, liaza pektynowa
B. thuringiensis fosfolipaza C


Bakterie Bacillus wykorzystywane w ochronie roślin

W literaturze naukowej są liczne doniesienia na temat potwierdzonej skuteczności bakterii Bacillus w ograniczaniu lub zwalczaniu patogenów roślin. Przykładowo bakterie te ograniczają rozwój choroby korzeni jabłoni wywoływanej przez grzyb Dematophora necatrix. Bakterie B. subtilis poprawiają parametry wzrostu drzew jabłoni, powodują wzrost plonu oraz ograniczają występowanie chorób grzybowych wywoływanych przez Phytophthora cactorum i Pythium ultimum. Stosowanie szczepów bakterii B. mycoides zmniejszało o 50% liczbę owoców truskawki porażonych szarą pleśnią. 
W Stanach Zjednoczonych udowodniono pozytywny efekt szczepu Bacillus velezensis BAC03 na wzrost roślin warzywnych, m.in. buraka czerwonego, marchwi, ogórka, papryki, ziemniaka, rzodkiewki, pomidora. Szczep był aplikowany do gleby w postaci płynnej zawiesiny w takiej ilości, aby zagęszczenie w glebie wynosiło 105 jtk/ml gleby. Dla wszystkich badanych gatunków po zastosowaniu szczepu BAC03 uzyskano od kilku do kilkudziesięciu procent wyższą masę roślin. Kilkukrotna aplikacja zawiesiny bakterii dawała lepsze rezultaty niż pojedyncza aplikacja. Dodatkowo szczep ten hamował wzrost Streptomyces scabies, sprawcę parcha ziemniaczanego bulw ziemniaków. Za działanie to odpowiedzialne były substancje lotne: 3-hydroxy-2-butanon (keton) i 2,3-butanodiol (alkohol wielowodorotlenowy). Badany szczep produkował także kwas indolilo-3-octowy i amoniak. Związki te odgrywały znaczącą rolę we wzbudzaniu odporności w testowanych roślinach. 
 

Fot. 2. Bacillus subtilis


Mechanizm działania

Mechanizm działania bakterii z rodzaju Bacillus jest złożony i uwarunkowany wieloma czynnikami. Izolaty Bacillus produkują substancje biologicznie aktywne: enzymy, antybiotyki i insektycydy. Enzymy, takie jak proteazy, amylazy, glukanazy, celulazy, chitynazy są produkowane przez różne gatunki Bacillus. Chitynazy bakteryjne są głównie wydzielane w celu uzyskania źródła węgla, azotu i energii. Biorą udział w rozkładzie ściany komórkowej grzybów. W warunkach przemysłowych niektóre izolaty mogą produkować do 20 g enzymu na 1 litr supernatantu. 
Szczepy B. subtilis mają zdolność do produkcji antybiotyków lipopeptydowych – ituryny i surfaktyny, które chronią siewki pomidorów przed zgorzelą wywoływaną m.in. przez grzyby Rhizoctonia solani, Pythium sp., Fusarium spp. Ituryna D hamuje kiełkowanie zarodników konidialnych Colletotr...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy