Bacillus -Bacillus

Bacillus
Bacillus subtilis , farvet
Videnskabelig klassificering
Domæne:	Bakterie
Phylum:	Firmicutes
Klasse:	Baciller
Bestille:	Bacillaler
Familie:	Bacillaceae
Slægt:	Bacillus Cohn
Arter
Se tekst

Bacillus (latin "stick") er en slægt af grampositive , stavformede bakterier , et medlem af phylum Firmicutes , med 266 navngivne arter . Udtrykket bruges også til at beskrive visse bakteriers form (stang); og flertallet Baciller er navnet på den klasse af bakterier, som denne slægt tilhører. Bacillus arter kan være enten obligate aerober : oxygen afhængige; eller fakultative anaerober : have evnen til at fortsætte med at leve i fravær af ilt. Dyrket Bacillus -art tester positivt for enzymet katalase, hvis der er brugt ilt eller er til stede.

Bacillus kan reducere sig til ovale endosporer og kan forblive i denne hvilende tilstand i årevis. Endosporen af ​​en art fra Marokko rapporteres at have overlevet opvarmning til 420 ° C. Endosporedannelse udløses normalt af mangel på næringsstoffer: bakterien deler sig inden i sin cellevæg, og den ene side opslugter den anden. De er ikke sande sporer (dvs. ikke et afkom). Endosporedannelse definerede oprindeligt slægten, men ikke alle sådanne arter er nært beslægtede, og mange arter er blevet flyttet til andre slægter i Firmicutes . Kun en endospore dannes pr. Celle. Sporerne er modstandsdygtige over for varme, kulde, stråling, udtørring og desinfektionsmidler. Bacillus anthracis har brug for ilt for at sporulere; denne begrænsning har vigtige konsekvenser for epidemiologi og kontrol. In vivo producerer B. anthracis en polypeptid (polyglutaminsyre) kapsel, der dræber den fra fagocytose. Slægterne Bacillus og Clostridium udgør familien Bacillaceae . Arter identificeres ved hjælp af morfologiske og biokemiske kriterier. Fordi sporer i mange Bacillus -arter er modstandsdygtige over for varme, stråling, desinfektionsmidler og udtørring, er de svære at fjerne fra medicinske og farmaceutiske materialer og er en hyppig årsag til kontaminering. De er ikke kun resistente over for varme, stråling osv., Men de er også resistente over for kemikalier som f.eks. Antibiotika. Denne modstand giver dem mulighed for at overleve i mange år og især i et kontrolleret miljø. Bacillusarter er velkendte i fødevareindustrien som besværlige ødelæggelsesorganismer.

Bacillus er allestedsnærværende og omfatter både fritlevende (ikke-parasitære) arter og to parasitiske patogene arter. Disse to Bacillus -arter er medicinsk signifikante: B. anthracis forårsager miltbrand ; og B. cereus forårsager madforgiftning .

Mange arter af Bacillus kan producere rigelige mængder enzymer, der bruges i forskellige industrier, f.eks. Ved fremstilling af alfa -amylase, der anvendes i stivelseshydrolyse og proteasen subtilisin, der bruges i vaskemidler . B. subtilis er en værdifuld model for bakteriel forskning. Nogle Bacillus -arter kan syntetisere og udskille lipopeptider , især overfladeaktiner og mycosubtiliner .

Struktur

Cellevæg

Bacillus subtilis ( gramfarvning )

Bacillus cellevæg er en struktur på ydersiden af ​​cellen, der danner den anden barriere mellem bakterien og miljøet, og samtidig opretholder stangformen og modstår det tryk, der genereres af cellens turgor . Cellevæggen er lavet af teichoinsyre og teichuronsyrer. B. subtilis er den første bakterie, for hvilken rolle en actin -lignende cytoskelettet i celleform bestemmelse og peptidoglycan blev identificeret syntese og for hvilke det samlede sæt af peptidoglycan-syntese enzymer blev lokaliseret. Cytoskeletets rolle i dannelse og vedligeholdelse af former er vigtig.

Bacillusarter er stavformede, endosporedannende aerobe eller fakultativt anaerobe, grampositive bakterier; i nogle artskulturer kan blive gramnegative med alderen. De mange arter af slægten udviser en bred vifte af fysiologiske evner, der giver dem mulighed for at leve i ethvert naturligt miljø. Kun en endospore dannes pr. Celle. Sporerne er modstandsdygtige over for varme, kulde, stråling, udtørring og desinfektionsmidler.

Navnets oprindelse

Slægten Bacillus blev opkaldt i 1835 af Christian Gottfried Ehrenberg for at indeholde stavformede (bacillus) bakterier. Han havde syv år tidligere navngivet slægten Bacterium . Bacillus blev senere ændret af Ferdinand Cohn for yderligere at beskrive dem som spordannende, grampositive, aerobe eller fakultativt anaerobe bakterier. Ligesom andre slægter forbundet med mikrobiologiens tidlige historie, såsom Pseudomonas og Vibrio , er de 266 arter af Bacillus allestedsnærværende. Slægten har en meget stor ribosomal 16S mangfoldighed.

Isolering og identifikation

En let måde at isolere Bacillus -arter er ved at placere ikke -steril jord i et reagensglas med vand, ryste, placere i smeltet mannitolsaltagar og inkubere ved stuetemperatur i mindst et døgn. Dyrkede kolonier er normalt store, spredte og uregelmæssigt formede.

Under mikroskopet fremstår Bacillus -cellerne som stænger, og en væsentlig del af cellerne indeholder normalt ovale endosporer i den ene ende, hvilket får dem til at bule.

Karakteristika for Bacillus spp.

SI Paul et al. (2021) isolerede og identificerede flere stammer af Bacillus -arter (stammer WS1A , YBS29 , KSP163A , OA122 , ISP161A , OI6 , WS11 , KSP151E , S8 ) fra marine svampe på Saint Martin's Island Area i Bengalbugten , Bangladesh . Baseret på deres undersøgelse, koloni, morfologiske, fysiologiske og biokemiske egenskaber ved Bacillus spp. er vist i nedenstående tabel.

Bemærk: + = Positiv, - = Negativ, O = Oxidativ, F = Fermentativ

Fylogeni

Tre forslag er blevet præsenteret for at repræsentere fylogenien af ​​slægten Bacillus . Det første forslag, der blev fremlagt i 2003, er en Bacillus -specifik undersøgelse, hvor den største mangfoldighed dækkes ved hjælp af 16S og ITS -regionerne. Det opdeler slægten i 10 grupper. Dette omfatter de indlejrede slægter Paenibacillus , Brevibacillus , Geobacillus , Marinibacillus og Virgibacillus .

Det andet forslag, der blev fremlagt i 2008, konstruerede et 16S (og 23S hvis det er tilgængeligt) træ af alle validerede arter. Slægten Bacillus indeholder et meget stort antal indlejrede taxaer og hovedsageligt i både 16S og 23S. Det er parafyletisk for Lactobacillales ( Lactobacillus, Streptococcus, Staphylococcus, Listeria osv.) På grund af Bacillus coahuilensis og andre.

Et tredje forslag, der blev præsenteret i 2010, var en gen -sammenkædningsundersøgelse og fandt resultater svarende til forslaget fra 2008, men med et meget mere begrænset antal arter med hensyn til grupper. (Denne ordning brugte Listeria som en udgruppe, så i lyset af ARB-træet kan det være "inside-out").

Én klade, dannet af Bacillus anthracis , Bacillus cereus , Bacillus mycoides , Bacillus pseudomycoides , Bacillus thuringiensis og Bacillus weihenstephanensis under 2011 klassificeringsstandarderne, bør være en enkelt art (inden for 97% 16S identitet), men de er på grund af medicinske årsager betragtes som separate arter (et problem findes også for fire arter af Shigella og Escherichia coli ).

Arter

Økologisk og klinisk betydning

Bacillusarter er allestedsnærværende i naturen, fx i jord. De kan forekomme i ekstreme miljøer såsom høj pH ( B. alcalophilus ), høj temperatur ( B. thermophilus ) og høje saltkoncentrationer ( B. halodurans ). B. thuringiensis producerer et toksin, der kan dræbe insekter og derfor er blevet brugt som insekticid. B. siamensis har antimikrobielle forbindelser, der hæmmer plantepatogener, såsom svampene Rhizoctonia solani og Botrytis cinerea , og de fremmer plantevækst ved flygtige emissioner. Nogle arter af Bacillus er naturligt kompetente til DNA -optagelse ved transformation .

• To Bacillus -arter er medicinsk signifikante: B. anthracis , som forårsager miltbrand ; og B. cereus , der forårsager madforgiftning , med symptomer, der ligner dem forårsaget af Staphylococcus .
  • B. cereus producerer toksiner, der forårsager 2 forskellige symptomer
    • emetisk toksin, som kan forårsage opkastning og kvalme
    • diarré
• B. thuringiensis er et vigtigt insektpatogen og bruges undertiden til bekæmpelse af skadedyr.
• B. subtilis er en vigtig modelorganisme . Det er også en bemærkelsesværdig madspoiler, der forårsager rophed i brød og beslægtet mad.
  • B. subtilis kan også producere og udskille antibiotika.
• Nogle miljømæssige og kommercielle stammer af B. coagulans kan spille en rolle ved fordærvelse af mad af stærkt sure, tomatbaserede produkter.

Industriel betydning

Mange Bacillus -arter er i stand til at udskille store mængder enzymer. Bacillus amyloliquefaciens er kilden til et naturligt antibiotisk protein -barnase (en ribonuklease ), alfa -amylase, der anvendes ved stivelseshydrolyse, protease -subtilisinet, der bruges sammen med vaskemidler, og BamH1 -restriktionsenzymet, der bruges i DNA -forskning.

En del af Bacillus thuringiensis -genomet blev inkorporeret i majs (og bomuld) afgrøder. De resulterende GMO'er er resistente over for nogle skadedyr. Bacillusarter er fortsat dominerende bakterielle arbejdsheste i mikrobielle gæringer. Bacillus subtilis (natto) er den centrale mikrobielle deltager i den igangværende produktion af den sojabaserede traditionelle natto-gæring, og nogle Bacillus- arter er på Food and Drug Administration's GRAS (generelt betragtet som sikker) liste. Kapaciteten af ​​udvalgte Bacillus- stammer til at producere og udskille store mængder (20-25 g/L) ekstracellulære enzymer har placeret dem blandt de vigtigste industrielle enzymproducenter. Forskellige arters evne til at fermentere i de sure, neutrale og alkaliske pH -områder kombineret med tilstedeværelsen af ​​termofiler i slægten har ført til udviklingen af ​​en række nye kommercielle enzymprodukter med den ønskede temperatur, pH -aktivitet og stabilitetsegenskaber til at adressere en række specifikke applikationer. Klassisk mutation og (eller) selektionsteknikker sammen med avancerede klonings- og proteintekniske strategier er blevet udnyttet til at udvikle disse produkter. Bestræbelser på at producere og udskille høje udbytter af fremmede rekombinante proteiner i Bacillus -værter syntes i første omgang at være hæmmet af nedbrydningen af ​​produkterne af værtproteaserne. Nylige undersøgelser har afsløret, at den langsomme foldning af heterologe proteiner ved membran-cellevæggrænsefladen for grampositive bakterier gør dem sårbare over for angreb af vægassocierede proteaser. Desuden kan tilstedeværelsen af ​​thiol-disulfidoxidoreduktaser i B. subtilis være fordelagtig ved udskillelsen af ​​disulfidbindingholdige proteiner. Sådanne udviklinger fra vores forståelse af de komplekse proteintranslokationsmaskineri af grampositive bakterier bør muliggøre løsning af aktuelle sekretionsudfordringer og gøre Bacillus- arter til fremtrædende værter for heterolog proteinproduktion. Bacillus- stammer er også blevet udviklet og konstrueret som industrielle producenter af nukleotider, vitamin riboflavin, smagsstof ribose og supplement poly-gamma-glutaminsyre. Med den nylige karakterisering af genomet af B. subtilis 168 og af nogle beslægtede stammer er Bacillus -arter klar til at blive de foretrukne værter til produktion af mange nye og forbedrede produkter, når vi bevæger os gennem den genomiske og proteomiske æra.

Brug som modelorganisme

Kolonier af modelarten Bacillus subtilis på en agarplade.

Bacillus subtilis er en af ​​de bedst forståede prokaryoter, hvad angår molekylær og cellulær biologi. Dens suveræne genetiske modtagelighed og relativt store størrelse har givet de kraftfulde værktøjer, der kræves til at undersøge en bakterie fra alle mulige aspekter. Nylige forbedringer i fluorescerende mikroskopi teknikker har givet ny indsigt i den dynamiske struktur af en enkeltcelle organisme. Forskning om B. subtilis har været i spidsen for bakteriel molekylærbiologi og cytologi, og organismen er en model for differentiering, gen/proteinregulering og cellecyklushændelser hos bakterier.

Se også

• Paenibacillus og Virgibacillus , slægter af bakterier, der tidligere var inkluderet i Bacillus .

Referencer

eksterne links

• Bacillus genomer og relateret information hos PATRIC , et Bioinformatics Resource Center finansieret af NIAID