Bacillus thuringiensis, morfologie, životní cyklus



Bacillus thuringiensis je bakterie, která patří do velké skupiny grampozitivních bakterií, některé patogenní a jiné zcela neškodné. Je to jedna z bakterií, která byla studována nejvíce, protože byla užitečná v zemědělství.

Tento nástroj je to, že tato bakterie má zvláštnost produktu v průběhu jeho sporulace fáze krystalů, které obsahují proteiny, které se stanou být toxické pro určité druhy hmyzu, které jsou skutečnými škůdci pro plodiny.

Mezi nejvýraznější rysy Bacillus thuringiensis Jeho vysoká specifičnost, bezpečnost pro lidi, rostliny a zvířata, stejně jako jeho minimální bydliště jsou nalezeny. Tyto atributy mu umožnily postavit se jako jedna z nejlepších možností léčby a kontroly škůdců, kteří sužovali plodiny.

Úspěšné použití této bakterie bylo zřejmé v roce 1938, kdy vznikl první pesticid vyrobený s jeho spóry. Odtud byla historie dlouhá a skrze ni ratifikovala Bacillus thuringiensis co se týče kontroly zemědělských škůdců.

Index

  • 1 Taxonomie
  • 2 Morfologie
  • 3 Obecné charakteristiky
  • 4 Životní cyklus
    • 4.1 Toxin
  • 5 Použití při ničení škůdců
    • 5.1 Mechanismus působení toxinu
    • 5.2 Bacillus thuringiensis a pesticidy
    • 5.3 Bacillus thuringiensis a transgenní potraviny
  • 6 Účinky na hmyz
  • 7 Odkazy

Taxonomie

Taxonomická klasifikace Bacillus thuringiensis je:

Doména: Bakterie

Fylum: Firmicutes

Třída: Bacilli

Objednávka: Bacillales

Rodina: Bacillaceae

Pohlaví: Bacillus

Druh: Bacillus thuringiensis

Morfologie

Jsou to bakterie, které mají tvar tyčí se zaoblenými konci. Představují vzor obvodového bičování s bičíkem rozloženým po povrchu buňky.

Má rozměry 3 až 5 mikronů a šířku 1 až 1,2 mikronů. V jejich experimentálních kulturách, kruhové kolonie jsou pozorovány, s průměrem 3-8 mm, s pravidelnými hranami a “matným sklem” vzhled..

Při pozorování elektronového mikroskopu jsou pozorovány typické prodloužené buňky, spojené v krátkých řetězcích.

Tento druh bakterií produkuje spory, které mají charakteristický elipsoidní tvar a jsou umístěny ve střední části buňky, aniž by způsobily deformaci stejné.

Obecné vlastnosti

Nejprve Bacillus thuringiensis je gram-pozitivní bakterie, což znamená, že když se podrobí procesu Gramova barvení, získá fialové zbarvení.

Podobně je to bakterie charakterizovaná svou schopností kolonizovat různá prostředí. Je možné jej izolovat ve všech typech půd. To má široké geografické rozšíření, mít been našel dokonce v Antarktidě, jeden z nejvíce nepřátelských prostředí na planetě.

Představuje aktivní metabolismus, který je schopen fermentovat sacharidy, jako je glukóza, fruktóza, ribóza, maltóza a trehalóza. Může také hydrolyzovat škrob, želatinu, glykogen a N-acetylglukosamin.

Ve stejném pořadí myšlenek Bacillus thuringiensis To je kataláza pozitivní, být schopný rozložit peroxid vodíku ve vodě a kyslíku.

Když byl kultivován na agarovém médiu, byl pozorován model beta hemolýzy, což znamená, že tato bakterie je schopna zcela zničit erytrocyty.

Pokud jde o environmentální požadavky na růst, vyžaduje teplotní rozsah od 10 - 15 ° C do 40 - 45 ° C. Stejným způsobem je jeho optimální pH mezi 5,7 a 7.

Bacillus thuringiensis Je to přísná aerobní bakterie. Povinné musí být v prostředí se širokou dostupností kyslíku.

Charakteristickým rysem Bacillus thuringiensis je, že během procesu sporulace vytváří krystaly tvořené proteinem známým jako delta toxin. V rámci těchto dvou skupin byly identifikovány: Cry a Cyt.

Tento toxin je schopen způsobit smrt některých hmyzů, které jsou skutečnými škůdci různých druhů plodin.

Životní cyklus

B. thuringiensis Představuje životní cyklus se dvěma fázemi: jedna z nich se vyznačuje vegetativním růstem, druhá sporulací. První dochází za příznivých podmínek pro rozvoj, jako je prostředí bohaté na živiny, druhé za nepříznivých podmínek, s nedostatkem potravinového substrátu..

Larvy hmyzu jako motýlů, brouků a much, mimo jiné tím, že se živí listy, plody nebo jiné části rostlin, mohou spolknout endospory bakterií B. thuringiensis.

V zažívacím traktu hmyzu se v důsledku alkalických vlastností hmyzu krystalizovaný protein bakterie rozpouští a aktivuje. Protein se váže na receptor ve střevních buňkách hmyzu a tvoří pór, který ovlivňuje rovnováhu elektrolytu, což způsobuje smrt hmyzu..

Bakterie tedy používá tkáně mrtvého hmyzu pro své krmení, množení a tvorbu nových spór, které infikují nové hostitele..

Toxin

Toxiny produkované B. thuringiensis představují vysoce specifické působení u bezobratlých a jsou neškodné u obratlovců. Parasporální inkluze B. thuringensis mají různé proteiny s různorodou a synergickou aktivitou.

B. thuringiensis To má mnoho faktorů virulence, které zahrnují kromě volání a CYT delta endotoxiny, exotoxiny určité alfa a beta, chitinázy, enterotoxiny, fosfolipázy a hemolysins, které zvyšují účinnost jako entomopatogenní.

Krystaly toxických proteinů B. thuringiensis, jsou v půdě degradovány mikrobiálním působením a mohou být denaturovány dopadem slunečního záření.

Použití při hubení škůdců

Entomopatogenní potenciál Bacillus thuringiensis je již více než 50 let vysoce využíván v ochraně plodin..

Díky vývoji biotechnologie a pokrok v tomto, bylo možné použít toxické účinky prostřednictvím dvou hlavních cest: vývoj pesticidů použit přímo na plodiny a vytváření transgenních potravin.

Mechanismus účinku toxinu

Abychom pochopili důležitost této bakterie při kontrole škůdců, je důležité vědět, jak toxin napadá organismus hmyzu..

Jeho mechanismus činnosti je rozdělen do čtyř fází:

Solubilizace a zpracování Cry protoxinů: krystaly požité hmyzí larvou se rozpustí ve střevě. Působením přítomných proteáz se transformují na aktivní toxiny. Tyto toxiny procházejí tzv. Peritrofickou membránou (ochranná membrána střevních epiteliálních buněk)..

Unie přijímačům: toxiny se váží na specifická místa, která se nacházejí v mikrovlnách střevních buněk hmyzu.

Vložení do membrány a tvorba pórůProteiny Cry jsou vloženy do membrány a způsobují totální destrukci tkáně tvorbou iontových kanálů.

Cytolýza: smrt střevních buněk. K tomu dochází prostřednictvím několika mechanismů, z nichž nejznámější je osmotická cytolýza a inaktivace systému, který udržuje rovnováhu pH.

Bacillus thuringiensis a pesticidy

Jakmile byl toxický účinek proteinů produkovaných bakteriemi ověřen, bylo studováno jeho potenciální použití při kontrole škůdců v plodinách..

Existuje mnoho studií, které byly provedeny za účelem stanovení pesticidních vlastností toxinu produkovaného těmito bakteriemi. Vzhledem k pozitivním výsledkům těchto \ t Bacillus thuringiensis Stalo se biologickým insekticidem, který se nejvíce používá na světě pro kontrolu škůdců, kteří poškození a negativně ovlivňují různé plodiny.

Bioinsekticidy založené na Bacillus thuringiensis Oni se vyvinuli v průběhu doby. Vzhledem k tomu, první obsahující pouze spóry a krystaly, které jsou známé jako třetí generace rekombinantních bakterií obsahující toxin Bt generované a mají své výhody, aby bylo dosaženo rostlinných tkání.

Význam toxinu produkovaného touto bakterií spočívá v tom, že není účinný pouze proti hmyzu, ale také proti jiným organismům, jako jsou háďátka, prvoky a trematody..

Je důležité objasnit, že tento toxin je naprosto neškodný v jiných typech živých bytostí, jako jsou obratlovci, skupina, do které člověk patří. Je to proto, že vnitřní podmínky trávicího systému nejsou vhodné pro jeho proliferaci a účinek.

Bacillus thuringiensis a transgenních potravin

Díky technologickému pokroku, zejména vývoji technologie rekombinantní DNA, bylo možné vytvořit rostliny, které jsou geneticky imunní vůči účinku hmyzu, který způsobuje zmatek na plodinách. Tyto rostliny jsou obecně známy jako transgenní potraviny nebo geneticky modifikované organismy.

Tato technologie spočívá v identifikaci sekvence genů, které kódují expresi toxických proteinů, v genomu bakterie. Později jsou tyto geny přeneseny do genomu léčené rostliny.

Když rostlina roste a vyvíjí, začíná syntetizovat toxin, který byl dříve produkován Bacillus thuringiensis, je pak imunní vůči působení hmyzu.

Existuje několik závodů, ve kterých byla tato technologie aplikována. Mezi ně patří kukuřice, bavlna, brambory a sója. Tyto plodiny jsou známé jako bt kukuřice, bt bavlna atd..

Samozřejmě tyto transgenní potraviny přinesly určité obavy v populaci. Avšak ve zprávě vydané agenturou pro životní prostředí Spojených států je stanoveno, že tyto potraviny, až do data, neprokázaly žádnou toxicitu nebo poškození, nebo s lidmi nebo vyšších živočichů.

Účinky na hmyz

Krystaly B. thuringiensis rozpouští se ve střevě hmyzu s vysokým pH a protoxiny a uvolňují se další enzymy a proteiny. Protoxiny jsou konvertovány na aktivní toxiny, které se váží na specializované receptorové molekuly střevních buněk.

Toxin B. thuringiensis produkuje v hmyzu přestat požití, paralýzu střeva, zvracení, nerovnováhu ve vylučování, osmotickou dekompenzaci, celkovou paralýzu a nakonec smrt.

V důsledku působení toxinu se ve střevní tkáni vyskytují závažná poškození, která brání jeho fungování, což ovlivňuje asimilaci živin.

Má se za to, že smrt hmyzu by mohla být způsobena klíčivostí spór a proliferací vegetativních buněk v hemokoelu hmyzu..

Předpokládá se však, že úmrtnost bude záviset spíše na působení komenzálních bakterií, které obývají střevo hmyzu a že po působení toxinu B. thuringiensis by mohla způsobit septikémii.

Toxin B. thuringiensis neovlivňuje obratlovce, protože trávení potravy se provádí v kyselém prostředí, kde toxin není aktivován.

Zdůrazňuje jeho vysokou specificitu u hmyzu, která je známa zejména u lepidoptera. Je považován za bezpečný pro většinu entomofauny a nemá žádné škodlivé účinky na rostliny, to znamená, že není fytotoxický..

Odkazy

  1. Hoffe, H. a Whiteley, H. (1989, červen). Insekticidní krystalové proteiny Bacillus thuringiensis. Mikrobiologické přezkoumání. 53 (2). 242-255.
  2. Martin, P. a Travers, R. (1989, říjen). Celosvětová hojnost a distribuce Bacillus thuringiensis Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 55 (10). 2437-2442.
  3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. a Yeon, H. (2007) Bacillus thuringiensis jako specifický, bezpečný a účinný nástroj pro hubení hmyzu. Journal of Microbiology and Biotechnology.17 (4). 547-559
  4. Sauka, D. a Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: obecné rysy Přístup k jeho použití v biokontrolu hmyzu lepidoptera, který je zemědělským škůdcem. Argentinský žurnál mikrobiologie. 40. 124-140
  5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. a Dean H. (1998, září). Bacillus thuringiensis a jeho pesticidní krystalický protein. Mikrobiologie a recenze molekulární biologie. 62 (3). 775-806.
  6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. a Villalobos, S. (2018, leden). Rod Bacillus jako činitelé biologické kontroly a jeho důsledky pro zemědělskou biologickou bezpečnost. Mexický žurnál fytopatologie. Online publikace.