BACILLUS THURINGIENSIS: JELLEMZŐK, MORFOLÓGIA, ÉLETCIKLUS - BIOLÓGIA - 2025

A Bacillus thuringiensis egy baktérium, amely a gram-pozitív baktériumok nagy csoportjába tartozik, néhány patogén és mások teljesen ártalmatlanok. Az egyik baktériumot vizsgálták a legjobban a mezőgazdaságban való hasznossága miatt.

Ez a hasznosság abban rejlik, hogy ennek a baktériumnak a sajátossága, hogy sporulációs fázisa során olyan kristályokat állít elő, amelyek olyan fehérjéket tartalmaznak, amelyek mérgezőnek bizonyulnak bizonyos rovarok számára, amelyek a növények valódi kártevőit jelentik.

A B. thuringiensis toxin kristályai. Jim Buckman jóváírást kapott, és az eredeti feltöltő PRJohnston. (w: en: Kép: Bacillus thuringiensis.JPG), a Wikimedia Commons segítségével

A Bacillus thuringiensis legkiemelkedőbb tulajdonságai között szerepel a magas specifitás, az emberekre, növényekre és állatokra nézve ártalmatlansága, valamint minimális maradékonysága. Ezek a tulajdonságok lehetővé tették számára, hogy a növényeket sújtó kártevők kezelésének és leküzdésének egyik legjobb lehetőségét képviselje.

Ennek a baktériumnak a sikeres felhasználása nyilvánvalóvá vált 1938-ban, amikor megjelentek az első spórákkal előállított peszticidek. Ettől kezdve a történelem hosszú volt, és ezen keresztül a Bacillus thuringiensis-t a mezőgazdasági kártevők elleni küzdelem egyik legjobb lehetőségének megerősítették.

taxonómia

A Bacillus thuringiensis taxonómiai osztályozása:

Tartomány: baktériumok

Menedékjog: Firmicutes

Osztály: Bacilli

Rendezés: Bacillales

Család: Bacillaceae

Nem: Bacillus

Faj: Bacillus thuringiensis

Morfológia

Rúd alakú baktériumok lekerekített véggel. Átlátszó pelyhesedési mintázatot mutatnak, a pelyhek eloszlanak a teljes sejtfelületen.

Mérete 3-5 mikron hosszú, 1-1,2 mikron széles. Kísérleti tenyészeteikben kör alakú telepeket figyelnek meg, átmérőjük 3–8 mm, szabályos élekkel és „csiszolt üveg” megjelenéssel.

Az elektronmikroszkóp alatt történő megfigyeléskor megfigyelhetők a tipikus hosszúkás sejtek, amelyek rövid láncokban vannak egyesítve.

Ez a baktériumfajta jellegzetes ellipszoid alakú spórákat termel, amelyek a sejt középső részében helyezkednek el anélkül, hogy deformálódnának.

Általános tulajdonságok

Először is, a Bacillus thuringiensis egy gram-pozitív baktérium, ami azt jelenti, hogy amikor a Gram-festési folyamatnak alávetik, ibolya színű lesz.

Hasonlóképpen, ez egy baktérium, azzal jellemezve, hogy képes különféle környezeteket kolonizálni. Lehetséges volt minden típusú talajon elkülöníteni. Széles körű földrajzi eloszlású, még az Antarktiszon is, a bolygó egyik leginkább ellenséges környezetében.

Aktív anyagcseréjével képes fermentálni a szénhidrátokat, mint például glükóz, fruktóz, ribóz, maláta és trehalóz. Ezenkívül hidrolizálhatja a keményítőt, a zselatint, a glikogént és az N-acetil-glükozamint is.

Ugyanebben az érben a Bacillus thuringiensis kataláz-pozitív, mivel képes hidrogén-peroxidot vízre és oxigénné bontani.

Amikor vér-agar táptalajon termesztették, megfigyelték a béta-hemolízis mintázatát, ami azt jelenti, hogy ez a baktérium teljes mértékben képes elpusztítani az eritrocitákat.

Tekintettel a növekedésre vonatkozó környezeti követelményeire, 10 - 15 ° C és 40 - 45 ° C közötti hőmérsékletet igényel. Hasonlóképpen, az optimális pH-ja 5,7 és 7 között van.

A Bacillus thuringiensis szigorú aerob baktérium. Olyan környezetben kell lennie, ahol bőven van oxigén.

A Bacillus thuringiensis megkülönböztető tulajdonsága, hogy a sporulációs folyamat során deltatoxinnak nevezett fehérjeből álló kristályokat termel. Ezen a két csoporton belül azonosítják: Cry és Cyt.

Ez a toxin képes bizonyos rovarok halálát okozni, amelyek valódi kártevők lehetnek a különféle növények számára.

Életciklus

A B. thuringiensis életciklusának két fázisa van: az egyiket vegetatív növekedés jellemzi, a másikat spórolás. Az egyik kedvező fejlődési körülmények között fordul elő, például tápanyagban gazdag környezetben, a második kedvezőtlen körülmények között, tápanyaghiány mellett.

A rovarok lárvái, például pillangók, bogarak vagy legyek, többek között, amikor a levelekre, gyümölcsökre vagy a növény más részeire táplálkoznak, képesek lenyelni a B. thuringiensis baktérium endospóráit.

A rovar emésztőrendszerében lúgos tulajdonságai miatt a baktérium kristályosított fehérje feloldódik és aktiválódik. A fehérje a rovar bélsejtjein lévő receptorhoz kötődik, olyan pórusokat képezve, amelyek befolyásolják az elektrolit-egyensúlyt, és ezáltal a rovar halálát okozza.

Így a baktérium az elpusztult rovar szöveteit táplálja, szaporítja és új spórákat hoz létre, amelyek megfertőzik az új gazdaszervezeteket.

Toxin

A B. thuringiensis által termelt toxinok rendkívül specifikus hatással vannak a gerinctelenekre és ártalmatlanok a gerincesekre. A B. thuringensis paraszporalis zárványai különféle fehérjékkel rendelkeznek, változatos és szinergetikus aktivitással.

A B. thuringienisis számos virulencia faktorral rendelkezik, amelyek a Cry és Cyt delta endotoxinokon kívül bizonyos alfa- és béta-exotoxinokat, kitinázokat, enterotoxinokat, foszfolipázokat és hemolizineket tartalmaznak, amelyek növelik hatékonyságát entomopathogenként.

A B. thuringiensis toxikus fehérjekristályai mikrobiális hatással bomlanak le a talajban, és a napsugárzás előfordulásával denaturálhatók.

Kártevőirtó felhasználások

A Bacillus thuringiensis entomopatogén potenciálját több mint 50 éve kihasználják a növények védelme során.

A biotechnológia fejlődésének és az abban elért fejlődésnek köszönhetően ezt a mérgező hatást két fő útvonalon lehetett felhasználni: közvetlenül a növényekre szánt peszticidek előállítása és transzgenikus élelmiszerek létrehozása révén.

A toxin hatásmechanizmusa

Annak megértése érdekében, hogy ez a baktérium mennyire fontos a kártevők elleni küzdelemben, fontos tudni, hogy a toxin hogyan támadja meg a rovar testét.

Hatásmechanizmusa négy szakaszra oszlik:

Cryprotoxin szolubilizálása és feldolgozása: a rovarlárvák által felvetett kristályok feloldódnak a bélben. A jelen lévő proteázok hatására aktív toxinokká alakulnak. Ezek a méreganyagok áthatolnak az úgynevezett peritrofikus membránon (a bélhám sejtjeinek védőmembránján).

Kötődés receptorokhoz: a toxinok specifikus helyekhez kötődnek, amelyek a rovar bélsejtjeinek mikrotilliben helyezkednek el.

Beillesztés a membránba és a pórusok kialakulása: A fehérjék beszúródnak a membránba, és az ioncsatornák kialakulásával a szövetet teljesen elpusztítják.

Citolízis: a bélsejtek elpusztulása. Ez több mechanizmuson keresztül történik, amelyek közül a legismertebb az ozmotikus citolízis és a pH egyensúlyt fenntartó rendszer inaktiválása.

Bacillus thuringiensis

Miután ellenőrizték a baktériumok által termelt fehérjék toxikus hatását, megvizsgálták azok potenciális felhasználását a növények kártevőinek elleni küzdelemben.

Számos tanulmányt végeztek ezen baktériumok által termelt toxin peszticid tulajdonságainak meghatározására. E vizsgálatok pozitív eredményeinek köszönhetően a Bacillus thuringiensis a világon a legszélesebb körben alkalmazott biológiai rovarirtó szer a különféle növényeket károsító és negatívan károsító kártevők leküzdésére.

Forrás: Pixabay.com

A Bacillus thuringiensis-alapú bioinszekticidek az idő múlásával fejlődtek. Az elsőktől, amelyek csak spórákat és kristályokat tartalmaztak, a harmadik generációtól kezdve azokig, amelyek rekombináns baktériumokat tartalmaznak, amelyek előállítják a bt-toxint, és amelyeknek vannak olyan előnyei, mint például a növényi szövetek elérése.

A baktérium által termelt toxinnak az a jelentősége, hogy nemcsak rovarok, hanem más szervezetek, például fonálférgek, protozoák és trematode ellen is hatásos.

Fontos tisztázni, hogy ez a toxin teljesen ártalmatlan más típusú élőlényeknél, például gerinces állatoknál, amelyhez az ember tartozik. Ennek oka az, hogy az emésztőrendszer belső feltételei nem ideálisak annak proliferációjához és hatásához.

Bacillus thuringiensis

A technológiai fejlődésnek, különösen a rekombináns DNS-technológia fejlesztésének köszönhetően sikerült olyan növényeket létrehozni, amelyek genetikailag immunmentesek a rovaroknak, amelyek pusztítják a növényeket. Ezeket a növényeket általában transzgenikus élelmiszereknek vagy géntechnológiával módosított szervezeteknek nevezik.

Ez a technológia a baktérium genomjában azonosítja a toxikus fehérjék expresszióját kódoló gének szekvenciáját. Ezeket a géneket később átviszik a kezelendő növény genomjába.

Amikor a növény növekszik és fejlődik, elkezdi szintetizálni a toxint, amelyet korábban a Bacillus thuringiensis termelt, és így immunis a rovarok hatására.

Számos üzemben alkalmazták ezt a technológiát. Ezek között a kukorica, a gyapot, a burgonya és a szójabab. Ezeket a növényeket bt kukorica, bt pamut stb.

Természetesen ezek a transzgenikus élelmiszerek némi aggodalmat okoztak a népességben. Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége által közzétett jelentésben azonban megállapították, hogy ezek az élelmiszerek a mai napig sem emberben, sem magasabb állatokban nem mutattak ki semmilyen toxicitást vagy károkat.

A rovarokra gyakorolt ​​hatás

A B. thuringiensis kristályai magas pH-vel és a protoxinokkal feloldódnak a rovar bélében, és más enzimek és fehérjék szabadulnak fel. Így a protoxinok aktív toxinokká alakulnak, amelyek a bél sejtjein lévő speciális receptor molekulákhoz kötődnek.

A B. thuringiensis toxinja rovarok lenyelésével, a bél bénulásával, hányással, a kiválasztódás egyensúlyhiányával, ozmotikus dekompenzációval, általános bénulással és végül halállal jár.

A toxin hatása miatt a bélszövetben súlyos károsodások vannak, amelyek megakadályozzák működését, befolyásolva a tápanyagok asszimilációját.

A Bacillus thuringiensis-vel fertőzött „Caenorhabditis elegans” bél. Forrás: www.researchgate.net

Úgy ítélték meg, hogy a rovar elpusztulását a spórák csírázása és a vegetatív sejtek szaporodása okozhatja a rovar hemocelejában.

Úgy gondolják azonban, hogy a mortalitás inkább a rovar bélében élő commensal baktériumok hatásától függ, és hogy a B. thuringiensis toxin hatása után képesek lennének septicemia kialakulására.

A B. thuringiensis toxin nem érinti a gerinceseket, mivel az utóbbi ételek emésztése savas közegben zajlik, ahol a toxin nem aktiválódik.

Kiemelkedik a rovarok magas specifitása, különös tekintettel a Lepidoptera-ra. A legtöbb entomofauna számára ártalmatlannak tekintik, és nincs káros hatással a növényekre, vagyis nem fitotoxikus.

Irodalom

1. Hoffe, H. és Whiteley, H. (1989, június). A Bacillus thuringiensis rovarirtó kristályfehérjei. Mikrobiológiai áttekintés. 53 (2). 242-255.
2. Martin, P. és Travers, R. (1989, október). A Bacillus thuringiensis alkalmazott és környezeti mikrobiológiája világszerte bőséges és elterjedt. 55 (10). 2437-2442.
3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. és Yeon, H. (2007). A Bacillus thuringiensis mint egy speciális, biztonságos és hatékony eszköz a rovarirtáshoz. Journal of Microbiology and Biotechnology, 17. (4). 547-559
4. Sauka, D. és Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: általános információk. Megállapodás annak felhasználásáról, amelyet mezőgazdasági kártevőknek képező lepkék rovarok biokontrolljában használnak. Argentin Journal of Microbiology. 40. 124-140
5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. és Dean H. (1998, szeptember). Bacillus thuringiensis és annak peszticid kristályfehérje. Mikrobiológiai és molekuláris biológiai vélemények. 62 (3). 775-806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. és Villalobos, S. (2018, január). A Bacillus nemzetség mint biológiai ellenőrző ágensek és ezek hatása a mezőgazdasági biobiztonságra. Mexican Journal of Phytopathology. Online kiadvány.