BACILLUS: RAKSTUROJUMS, REPRODUKCIJA, UZTURS, SLIMĪBAS - BIOLOĢIJA - 2025

Bacillus ir baktēriju ģints Firmicutes nodaļā, kurām raksturīga sporu veidošanās aerobos apstākļos. Tie ir stieņa formas un parasti ir grampozitīvi (kaut arī daži ir grama mainīgi) ar kolonijām, kurās ir organismi, kas krāsojas rozā krāsā, un citi, kas krāso purpursarkanu.

Šajos gadījumos pētnieki ir noskaidrojuši, ka to organismu skaits, kuri reaģē kā gramnegatīvi, palielinās līdz ar kolonijas vecumu, samazinoties petidoglikāna slāņa biezumam.

Bacillus flexus. Uzņemts un rediģēts no: Dr. Sahay.

Šīs ģints baktērijas var būt stingri aerobas vai fakultatīvas anaerobās. Lielākā daļa ir mobili flagellas klātbūtnes dēļ, tomēr ir arī pārstāvji, kas nav mobili. Tos var atrast praktiski jebkurā vidē uz zemes, ieskaitot ekstremālās vidēs, no liela augstuma līdz jūras gultnei.

Ģints 1835. gadā izmantoja Kristians Gotfrīds Ehrenbergs, lai definētu stieņa formas baktērijas, bet vēlāk to atkārtoti noteica Ferdinands Kohns, un to izmantoja sporu veidojošo baktēriju grupēšanai aerobos, grampozitīvos un fakultatīvos aerobos vai anaerobos apstākļos.

Dažas sugas ir medicīniski interesantas, jo tās var izraisīt tādas slimības kā Sibīrijas mēri (Bacillus anthracis) vai barības izraisītas slimības (Bacillus cereus). Citi tiek izmantoti, lai iegūtu antibiotikas, fermentus kā probiotikas vai fermentācijas procesos, kā arī lauksaimniecībā.

Vispārīgais raksturojums

Ģints galvenā raksturīgā īpašība ir spēja radīt endosporas aerobos apstākļos. Šīm sporām raksturīga spēja izturēt augstu temperatūru, izkalšanu, dezinfekcijas līdzekļu darbību un pat starojumu.

Šūnu sienu veido vairāki savstarpēji savijušies peptidoglikānu slāņi, veidojot spēcīgu sastatni, kas saglabā šūnas formu un satur teiko- un lipoteichoic skābes.

Tie ir stieņa formas, taisni vai nedaudz izliekti, un tos var atrast atsevišķi, pāros un reizēm ķēdēs. Lielākā daļa no tām ir pārvietojamas peritrichous flagella klātbūtnes dēļ, tas ir, tās izliekas visos virzienos. Tomēr Bacillus anthracis trūkst flagella.

Lielākā daļa šīs ģints baktēriju ir grampozitīvas, tomēr dažas ir grama mainīgas, tas ir, tās var iekrāsot rozā vai purpursarkanā krāsā. Tas notiek tāpēc, ka peptidoglikāna slānis var kļūt mazāk biezs un sarežģīts, baktērijām novecojot, nespējot saglabāt kristālvioletu, apstrādājot ar spirtu.

Tie ir visuresoši un ļoti izturīgi organismi, ar sugām, kuras spēj izturēt ļoti augstu temperatūru (termofīlie) vai ļoti zemu (psirofīlie), ir arī sugas, kuras citām sugām var izturēt ļoti skābu vai ļoti sārmainu vidi.

Dažas sugas ir stingri aerobas, nespēj izdzīvot anoksiskos apstākļos, bet citas sugas ir fakultatīvi anaerobas.

Morfoloģija

Bacillus baktērijas var būt stieņa formas, taisnas vai nedaudz izliektas, parasti ar apaļu galu, kaut arī dažas šūnas ir aprakstītas kā kvadrātveida (piemēram, Bacillus cereus).

Šūnu diametrs svārstās no 0,4 līdz 1,8 mikroniem un garums no 0,9 līdz 10,0 mikroniem. Šūnu izmēriem katrā sugā un katrā celmā ir neliela atšķirība.

Šūnas rodas atsevišķi un pa pāriem, dažas ķēdēs un reizēm ar gariem pavedieniem. Atkarībā no sugas, celma un kultūras apstākļiem meitas šūnas var atdalīties.

Tādējādi kultūra, šķiet, sastāv no atsevišķām šūnām un dalāmo šūnu pāriem, kad tos aplūko ar fāzu kontrasta mikroskopiju. Citos gadījumos meitas šūnas var palikt piesaistītas viena otrai, tādējādi parādot šūnu ķēdes.

Sporas morfoloģija ir taksonomijas īpašība, kaut arī atsevišķos celmos var būt dažas variācijas. Visizplatītākās sporas ir elipsoidālas vai ovālas formas, bet to formas ir no cilindriskas līdz elipsoidālai, sfēriskai vai neregulārai formai, kas atgādina nieru vai banānu.

Taksonomija un klasifikācija

Taksonomijas ziņā Bacillus ģints atrodas Phylum Firmicutes, Bacilli klases, Bacillales ordenī, Bacillacea ģimenē. Šo ģints 1835. gadā izmantoja Kristians Gotfrīds Ehrenbergs, lai grupētu stieņa formas baktērijas.

Tad Ferdinands Kohns 1872. gadā definēja grupu kā sporu veidojošas, karstumizturīgas, grampozitīvas un fakultatīvas aerobās vai anaerobās baktērijas. Ģints tipiskās sugas ir Bacillus subtilis.

Pētnieki 1991. gadā noteica, ka Bacillus ģints, kā tas līdz šim tika ārstēts, bija polifilti. Tāpēc viņi veica Bacillus sensu lato grupas pārkārtošanu, no kuras tika iegūtas piecas jaunas ģintis.

Ģints ir sadalīta divās grupās, no vienas puses, B. subtilis un radniecīgo sugu grupa, savukārt, no otras puses, ir B. cereus grupa. Pirmais grupē organismus, kuru diametrs ir mazāks par 1 μm, nepūstās sporangijas un elipsoidālās sporas.

Savukārt otrajā grupā ietilpst sugas, kuru diametrs ir lielāks par 1 μm, ar nepūstu sporādiju un elpsoidālām sporām.

Kur viņi atrodami?

Bacillus baktērijas galvenokārt ir izolētas no augsnes, ūdens, pārtikas un klīniskajiem paraugiem. Bet tie ir atrodami arī visneparastākajās vidēs, piemēram, okeāna nogulumos tūkstošiem metru zem jūras līmeņa un stratosfēras gaisa paraugos, skābos ģeotermālos baseinos, ļoti sārmainā gruntsūdeņos un terminālajos hipersalīna ezeros.

Citi ir atklāti cilvēku veidotās nišās, sākot no meksikāņu kapenēm un romiešu sienu gleznojumiem līdz ultratīrām telpām kosmosa kuģu montāžas telpās.

Augi ir arī bagātīgs jaunu Bacillus sugu avots, daži endofītiski un citi, kas saistīti ar rizosfēru.

Pavairošana

Bacillus ģints baktērijām ir divas aseksuālas reprodukcijas formas: binārā dalīšanās un sporulācija.

Binārā skaldīšana

Binārā dalīšanās ir reprodukcijas veids, kas notiek, kad baktērija atrodas labvēlīgā vidē tās attīstībai un ļauj eksponenciāli augt. Binārā skaldīšana ietver mitotisku dalīšanu, kā rezultātā rodas divas identiskas meitas šūnas.

Bacillus subtilis kultūra. Uzņemts un rediģēts no: Šaubas.

Sporulācijas pavairošana

Šis otrais tips ir pazīstams arī ar sporu veidošanos. Tas parādās, kad kolonijā ir kaut kāds stress. Sporulācijas laikā notiek asimetriska šūnu dalīšanās, kā rezultātā veidojas lielāka šūna (cilmes šūna) un mazāka šūna (prespore).

Pirmssākumu ieskauj cilmes šūna un pārklāj ar vairākiem aizsargājošiem slāņiem, kas rada ūdens zudumus un ļauj tam nobriest. Pēc tam notiek cilmes šūnas līze un endosporas izdalīšanās, kas var palikt neaktīva līdz labvēlīgu apstākļu atjaunošanai.

Šī endospora, kā jau tika norādīts iepriekš, ir izturīga pret ārkārtējām temperatūrām, izkalšanu, mazgāšanas līdzekļu iedarbību un radiāciju, kā arī ir galvenais šo baktēriju pretestības cēlonis un to spēja kolonizēt jebkuru vidi.

Uzturs

Lielākā daļa Bacillus ģints baktēriju ir sastopamas dzīvo augsnē, un to uzturs ir saprofītisks, tas ir, tās barojas ar noārdošām organiskām vielām.

Citas sugas veido dzīvnieku baktēriju floru. Šajos gadījumos viņi izveido simbiotiskas attiecības, kurās viņi izmanto pārtiku, ko uzņem viņu saimnieki, un ražo fermentus, kas palīdz šo pārtikas gremošanā.

Visbeidzot, dažas sugas var darboties kā oportūnistiski parazīti, barojoties tieši ar savu saimnieku.

Slimības

Lielākā daļa Bacillus sugu nav patogēnas, un tās reti ir saistītas ar cilvēku vai citu dzīvnieku slimībām. Anthrax ir vispazīstamākais stāvoklis, ko izraisa šāda veida baktērijas, lai gan bieži ir arī saindēšanās ar pārtiku un oportūnistiskas infekcijas, ko izraisa Bacillus cereus.

Sibīrijas mēris vai Sibīrijas mēris

Šī slimība ir ļoti lipīga, un to izraisa baktērija Bacillus anthracis. Tas var ietekmēt dažādas ķermeņa daļas, un tā patogenitāte ir atkarīga no ietekmētajiem audiem, infekcijas formas un laika, kas nepieciešams no inficēšanās līdz ārstēšanas sākšanai.

Bacillus anthracis kultūra, celms, kas savākts Kaimedo, Tokijā, Japānā, 1993. gada bioterorisma incidenta vietā.Ņemts un rediģēts no: Slimību kontroles centri, Amerikas Savienotās Valstis.

Agresīvākā slimības forma ir plaušu Sibīrijas mēris, kurai ir augsts mirstības līmenis. Tas var arī uzbrukt ādai (ādas Sibīrijas mēram) vai gremošanas sistēmai. Sibīrijas mēris var uzbrukt jebkuram siltasiņu dzīvniekam, ieskaitot cilvēku.

Slimības dēļ nokauto dzīvnieku liemeņi, kā arī ar fekālijām piesārņotā zeme vai inficēto dzīvnieku asinis veido slimības rezervuārus.

Ceptu rīsu sindroms

Tas ir hematisks sindroms, kas galvenokārt parādās slikti apstrādātu rīsu patēriņa dēļ, lai arī tas var rasties arī piena produktu un citu pārtikas produktu patēriņa dēļ. Slimības izraisītājs ir baktērija Bacillus cereus.

Šo sindromu raksturo slikta dūša un vemšana, kas parādās 1 līdz 5 stundas pēc inficētas pārtikas norīšanas. Var rasties arī vēdera krampji, bet caureja ir reti sastopama.

Tā ir pašnodarbināta slimība, kas parasti ilgst ne vairāk kā 48 stundas, un ir svarīgi izvairīties no dehidratācijas, atpūtas un piena produktu lietošanas, kamēr sindroma simptomi saglabājas.

Endoftalmīts

Endoftalmīts ir acu infekcija dažādu patogēnu organismu dēļ. Inficētā orgāna iekaisuma reakcija var izraisīt vienas un tās pašas acs traumu.

Ar šo slimību ir saistītas dažādas baktēriju sugas, viena no visatbilstošākajām ir Bacillus cereus, kuras infekcijas izraisa bojājumus ar rezervētām prognozēm.

Slimības ārstēšana sastāv no klindamicīna vai vankomicīna ievadīšanas pacientam, ieteicams arī deksametazons. Dažreiz slimība var apdraudēt redzi. Šajos gadījumos ieteicams stiklveida humoru ķirurģiski noņemt.

Citas slimības

Bacillus baktērijas ir saistītas ar dažādām slimībām, kuras galvenokārt ietekmē cilvēkus ar pavājinātu imūnsistēmu. Šīs slimības ir endokardīts, bakteriēmija, ādas un skeleta-muskuļu sistēmas infekcijas, kā arī keratīts.

Bacillus megaterium suga, viena no lielākajām baktēriju sugām, var izraisīt smadzeņu abscesus.

Bacillus megatierium. Uzņemts un rediģēts no: Alexastely.

Lietojumprogrammas

Probiotikas

Saskaņā ar Pasaules Veselības organizācijas teikto, probiotikas ir dzīvi mikroorganismi, kas labvēlīgi ietekmē cilvēku vai dzīvnieku veselību, un uzturā tos patērē pietiekamā daudzumā.

Dažas Bacillus sugas tiek izmantotas kā probiotikas, ieskaitot B. coagulans. Starp šīs baktērijas ēšanas priekšrocībām pētnieki ir ierosinājuši, ka tā mazina kairinātu zarnu sindroma simptomus. Tas arī mazina reimatoīdā artrīta simptomus un vēdera uzpūšanos.

Vēl viens ģints loceklis, kuru izmanto kā probiotiku, ir B. subtilis. Starp šī organisma kā probiotikas priekšrocībām ir zarnu iekaisumu un uroģenitālās infekcijas atvieglošana un caurejas apturēšana.

Šīs baktērijas sporas savukārt darbojas pret keratinocitīta izraisītu oksidatīvo stresu.

Bioloģiskais kontrolieris

Bacillus ģints baktērijas ražo dažādas vielas ar antibiotiskām īpašībām, kas kavē fitopatogēno organismu augšanu, piemēram, ne-ribosomāli cikliski lipopeptīdi un δ-endotoksīni. To lieto arī farmakoloģiskajā rūpniecībā, lai iegūtu antibiotikas pret cilvēku patogēniem.

Aptuveni 75% no visā pasaulē tirgū laistajiem biopesticīdiem tiek ražoti, pamatojoties uz Bacillus thuringiensis. Arī citas sugas, piemēram, B. subtilis, B. pumilus un B. amyloliquefaciens, izmanto komerciāli, galvenokārt fungicīdu ražošanai.

Citi lietojumi

Nozare izmanto arī Bacillus ģints baktērijas fermentu komerciālai ražošanai un mazgāšanas līdzekļu ražošanai. Turklāt tie, starp citu, ir vieni no mikrobioloģijā, molekulārajā bioloģijā vai gēnu inženierijas pētījumos visplašāk izmantotajiem mikroorganismiem.

Dzīves cikls

Atbilstošos uztura, temperatūras, pH un atmosfēras sastāva apstākļos Bacillus šūnas aug un dalās ar bināru dalīšanos - aseksuālas reprodukcijas forma, kas sastāv no DNS dublēšanās, kam seko citoplazmas dalīšana ar starpsienu dalītājs, kas šķērso šūnas centru, radot divas meitas šūnas.

Nelabvēlīgi apstākļi

Tomēr, ja vides apstākļi ir nelabvēlīgi, veģetatīvās šūnas rada endosporas, kas ir šūnu struktūras, kas nesatur ATP un kurām ir ārkārtīgi latenta metabolisms, kas nodrošina izturību.

Endosporas veidojas eksponenciālās augšanas fāzes beigās. Ir zināms, ka daudzi citi faktori, kas ietekmē endospooru veidošanos, piemēram, augšanas temperatūra, apkārtējās vides pH, aerācija, noteiktu minerālu klātbūtne un oglekļa, slāpekļa un fosfora avoti un to koncentrācija. Cita ietekme ir iedzīvotāju blīvumam.

Pakāpjas pasīvās sporu-veģetatīvās šūnas

Neaktivizēto sporu pārvēršana veģetatīvās šūnās ietver trīs posmus: aktivizēšanu, dīgšanu un izaugšanu. Bezdarbību sagrauj labvēlīgas temperatūras izmaiņas vai šūnu novecošanās.

Tomēr daudzām sugām šāda aktivācija nav nepieciešama. Ja spora saskaras ar piemērotiem vides apstākļiem, aizkavējot miegainību, tiek aktivizēta dīgtspēja, zaudējot refrakcijas spēju, ātra garozas hidrolizēšanās un mazo šķīstošo skābo olbaltumvielu sadalīšanās, kas tai nodrošina izturību pret aģentiem. ķīmiskās vielas un radiācija.

Diedzēto sporu protoplasti redzami uzbriest ūdens uzņemšanas dēļ, atsāk biosintēze, un no rotam sporu slāņa parādās jauna veģetatīvā šūna, kas izraisa jaunu veģetatīvās reprodukcijas periodu.

Piedāvātās sugas

Bacillus cereus

Šī suga ir grampozitīva baktērija, kas parasti sastopama augsnēs, ūdenī un pārtikā visās mērenajās pasaules zonās. Tā ir fakultatīva anaerobā suga, kas var pārvietoties, izmantojot peritrichous flagella darbību.

Šī baktērija ir viens no galvenajiem vainīgajiem pārtikas izraisītām slimībām ar iespēju izraisīt emetisko sindromu vai toksiski infekciozo sindromu. Bacillus cereus var izraisīt arī dažādas ne-kuņģa-zarnu trakta slimības, piemēram, endokardītu, bakteriēmiju, endoftalmītu vai hroniskas ādas infekcijas.

Sakarā ar to, ka tai ir ļoti izturīgas endosporas, to neizdalās ne vārīšanas laikā, ne arī sasaldēšanas ceļā, bet pēdējais tas tomēr aptur augšanu, tāpēc, ja ēdienu paredzēts uzglabāt, ieteicams izmantot temperatūru zem 6 ° C. ilgu laiku.

Bacillus anthracis

Tā ir ģints suga, kurai raksturīga nekustība flagellas trūkuma dēļ, pretēji tam, kas notiek ar pārējiem ģints pārstāvjiem. Tas ir grampozitīvs un fakultatīvs anaerobs.

Šī baktērija ir atbildīga par Sibīrijas mēri, un tās patogenitāte ir atkarīga no diviem virulences faktoriem: kapsulas polipeptīda ar nosaukumu P viela un olbaltumvielu eksotoksīna ar nosaukumu B faktors.

Ir daudz šīs baktērijas celmu, kuru virulence starp tiem atšķiras. Visefektīvākie celmi ir izmantoti kā bioloģiskie ieroči.

Bacillus subtilis

Grampozitīvas un katalāzes pozitīvas baktērijas, kas apdzīvo augsni. Tas ir stieņa formas ar noapaļotām malām un ir 2-3 mikronu garš un 1 mikrona platumā. Šī baktērija gandrīz tikai ir aeroba, bet var izdzīvot anoksiskā vidē.

To uzskata par drošu cilvēkiem, taču ir atsevišķi gadījumi, kad notiek intoksikācija no pārtikas, kas inficēta ar šo sugu. Šajos gadījumos simptomi ir līdzīgi Bacillus cereus saindēšanās simptomiem.

Tā ir viena no visvairāk pētītajām baktēriju sugām, un pētnieki to uzskata par Escherichia coli grampozitīvo versiju. To uzskata arī par paraugorganismu laboratoriskiem pētījumiem, īpaši ģenētiskās manipulācijas pētījumos.

Bacillus subtilis ražo baktericīnu, baktericīdu antibiotiku, kas ir efektīva grampozitīvu baktēriju, piemēram, Staphylococcus aureus, ārstēšanai. Tas ražo arī bioaktīvus savienojumus ar pretsēnīšu iedarbību un vielas, ko izmanto mazgāšanas līdzekļu ražošanā.

Bacillus thuringiensis

Grampozitīvi baciļi, kas dzīvo dažādu tauriņu un kožu sugas kāpuru augsnē, augu virsmās un zarnās. To raksturo tas, ka sporulācijas procesa laikā tie ražo olbaltumvielu kristālus, kuriem piemīt insekticīdas īpašības.

Pateicoties šiem kristāliem, kas pazīstami kā δ endotoksīni, Bacillus thuringensis sporas un olbaltumvielu kristāli ir izmantoti kā biopesticīdi vairāk nekā 100 gadus.

Pētnieki ir ieviesuši šī auga ģenētisko informāciju, izmantojot gēnu inženieriju, dažādām augu sugām, piemēram, kartupeļiem, kokvilnai vai kukurūzai, lai augi ražotu vielas ar insekticīdām īpašībām.

Atsauces

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearshall un BJ McCarthy (1978). Mikrobioloģija. 2. izdevums. Holts, Rineharts un Vinstons.
2. S. Hogs (2005). Būtiskā mikrobioloģija. Džons Vileijs un dēli, LTD.
3. C. Lyre. Bacillus cereus: raksturojums, morfoloģija, biotops, inficēšanās simptomi, ārstēšana. Atgūts no: lifeder.com.
4. B. Lopezs. Bacillus subtilis: raksturojums, morfoloģija, slimības. Atgūts no: lifeder.com.
5. D. Fritz (2004). Bacillus ģints un saistīto ģinšu taksonomija: Aerobās endosporas veidojošās baktērijas. Fitopatolija
6. PCB Turnbull (1996). 15. nodaļa. Bacillus. In: Barons S, redaktors. Medicīniskā mikrobioloģija. 4. izdevums. Galvestona (Teksasa): Teksasas Universitātes Medicīnas filiāle Galvestonā.
7. Bacillus. Vietnē Wikipedia. Atgūts no vietnes en.wikipedia.org