Bacill

Den här artikeln handlar om bakterien. För en hypernym kategori, se bacill (form) . För stick-insektsläktet, se Bacillus (insekt) .

Bacillus subtilis Gram.jpg
Bacillus
Bacillus subtilis , färgad
Vetenskaplig klassificering
Domän: Bakterie
Provins: Bacillota
Klass: Baciller
Beställa: Bacillales
Familj: Bacillaceae
Släkte:
Bacillus Cohn
Art

Se text

Bacillus (latin "pinne") är ett släkte av grampositiva , stavformade bakterier , en medlem av phylumen Bacillota , med 266 namngivna arter . Termen används också för att beskriva formen (staven) hos andra så formade bakterier; och plural Bacilli är namnet på klassen av bakterier som detta släkte tillhör. Bacillusarter kan antingen vara obligatoriska aerober som är beroende av syre , eller fakultativa anaerober som kan överleva i frånvaro av syre. Odlade Bacillus -arter testar positivt för enzymet katalas om syre har använts eller finns närvarande.

Bacillus kan reducera sig till ovala endosporer och kan förbli i detta vilande tillstånd i flera år. Endosporen från en art från Marocko rapporteras ha överlevt att värmas upp till 420 °C. Endosporbildning utlöses vanligtvis av brist på näringsämnen: bakterien delar sig inom sin cellvägg och den ena sidan uppslukar sedan den andra. De är inte riktiga sporer (dvs inte en avkomma). Endosporbildning definierade ursprungligen släktet, men inte alla sådana arter är nära släkt, och många arter har flyttats till andra släkten av Bacillota . Endast en endospore bildas per cell. Sporerna är resistenta mot värme, kyla, strålning, uttorkning och desinfektionsmedel. Bacillus anthracis behöver syre för att sporulera; denna begränsning har viktiga konsekvenser för epidemiologi och kontroll. In vivo B. anthracis en polypeptid (polyglutaminsyra) kapsel som dödar den från fagocytos. Släktena Bacillus och Clostridium utgör familjen Bacillaceae . Arter identifieras med hjälp av morfologiska och biokemiska kriterier. Eftersom sporerna från många Bacillus -arter är resistenta mot värme, strålning, desinfektionsmedel och uttorkning är de svåra att eliminera från medicinska och farmaceutiska material och är en vanlig orsak till kontaminering. De är inte bara resistenta mot värme, strålning etc., utan de är också resistenta mot kemikalier som antibiotika. Detta motstånd gör att de kan överleva i många år och speciellt i en kontrollerad miljö. Bacillusarter är välkända inom livsmedelsindustrin som besvärliga förstörande organismer.

Ubiquitous i naturen inkluderar Bacillus symbiotiska (ibland kallade endofyter ) såväl som oberoende arter. Två parasitiska patogena arter är medicinskt signifikanta: B. anthracis orsakar mjältbrand ; och B. cereus orsakar matförgiftning .

Många arter av Bacillus kan producera rikliga mängder enzymer , som används i olika industrier, såsom vid produktion av alfa-amylas som används vid stärkelsehydrolys och proteassubtilisin som används i tvättmedel . B. subtilis är en värdefull modell för bakterieforskning. Vissa Bacillus- arter kan syntetisera och utsöndra lipopeptider , särskilt surfaktiner och mykosubtiliner . Bacillusarter finns också i marina svampar . Marin svampassocierad Bacillus subtilis (stammarna WS1A och YBS29) kan syntetisera flera antimikrobiella peptider. Dessa Bacillus subtilis -stammar kan utveckla sjukdomsresistens i Labeo rohita .

Strukturera

Cellvägg

Bacillus subtilis ( gramfärgning )

Bacillus cellvägg är en struktur på utsidan av cellen som bildar den andra barriären mellan bakterien och miljön, och som samtidigt bibehåller stavformen och står emot det tryck som genereras av cellens turgor . Cellväggen är gjord av teichoic och teichuronic syror. B. subtilis är den första bakterien för vilken rollen av ett aktinliknande cytoskelett i cellformsbestämning och peptidoglykansyntes identifierades och för vilken hela uppsättningen av peptidoglykansyntetiserande enzymer var lokaliserad . Cytoskelettets roll i formgenerering och underhåll är viktig. [ citat behövs ]

Bacillusarter är stavformade, endosporbildande aeroba eller fakultativt anaeroba, grampositiva bakterier; i vissa arter kan kulturer bli gramnegativa med åldern. De många arterna av släktet uppvisar ett brett utbud av fysiologiska förmågor som gör att de kan leva i varje naturlig miljö. Endast en endospor bildas per cell. Sporerna är resistenta mot värme, kyla, strålning, uttorkning och desinfektionsmedel.

Namnets ursprung

Släktet Bacillus namngavs 1835 av Christian Gottfried Ehrenberg för att innehålla stavformade (bacillus) bakterier. Han hade sju år tidigare namngett släktet Bacterium . Bacillus ändrades senare av Ferdinand Cohn för att ytterligare beskriva dem som sporbildande, grampositiva, aeroba eller fakultativt anaeroba bakterier. Liksom andra släkten associerade med mikrobiologins tidiga historia, såsom Pseudomonas och Vibrio , är de 266 arterna av Bacillus allestädes närvarande. Släktet har en mycket stor ribosomal 16S- diversitet. [ citat behövs ]

Isolering och identifiering

Etablerade metoder för isolering av Bacillus- arter för odling involverar i första hand suspension av provtagen jord i destillerat vatten, värmechock för att döda vegetativa celler som lämnar primärt livskraftiga sporer i provet, och odling på agarplattor med ytterligare tester för att bekräfta identiteten av de odlade kolonierna. Dessutom kan kolonier som uppvisar egenskaper som är typiska för Bacillus- bakterier väljas från en kultur av ett miljöprov som har spädts ut avsevärt efter värmechock eller varmluftstorkning för att välja potentiella Bacillus- bakterier för testning.

Odlade kolonier är vanligtvis stora, spridda och oregelbundet formade. Under mikroskopet Bacillus- cellerna som stavar, och en stor del av cellerna innehåller vanligtvis ovala endosporer i ena änden, vilket gör att de buktar ut. [ citat behövs ]

Egenskaper hos Bacillus spp.

SI Paul et al. (2021) isolerade och identifierade multipla stammar av Bacillus - arter (stammarna WS1A , YBS29 , KSP163A , OA122 , ISP161A , OI6 , WS11 , KSP151E , S8 ) från marina svampar i Saint Martin Bay of Bengal -området i Banglades Bay . Baserat på deras studie, koloni, morfologiska, fysiologiska och biokemiska egenskaper hos Bacillus spp. visas i tabellen nedan.

Testtyp Testa Egenskaper
Kolonikaraktärer Storlek Medium
Typ Runda
Färg Vitaktig
Form Konvex
Morfologiska karaktärer Form stav
Fysiologiska karaktärer Motilitet +
Tillväxt vid 6,5% NaCl +
Biokemiska karaktärer Grams färgning +
Oxidas -
Catalase +
Oxidativ-fermentativ AV
Motilitet +
Metylröd +
Voges-Proskauer -
Indol -
H 2 S Produktion +/–
Urease -
Nitratreduktas +
p-galaktosidas +
Hydrolys av Gelatin +
Aesculin +
Kasein +
Tween 40 +
Tween 60 +
Tween 80 +
Syraproduktion från Glycerol +
Galaktos +
D-glukos +
D-fruktos +
D-Mannose +
Mannitol +
N-acetylglukosamin +
Amygdalin +
Maltos +
D-Melibiose +
D-trehalos +
Glykogen +
D-Turanose +

Obs: + = Positiv, – =Negativ, O= Oxidativ, F= Fermentativ

Fylogeni

Tre förslag har presenterats som representerar fylogenin av släktet Bacillus . Det första förslaget, som presenterades 2003, är en Bacillus -specifik studie, där den största mångfalden täcks med hjälp av 16S och ITS-regionerna. Den delar in släktet i 10 grupper. Detta inkluderar de kapslade släktena Paenibacillus , Brevibacillus , Geobacillus , Marinibacillus och Virgibacillus .

Det andra förslaget, som presenterades 2008, konstruerade ett 16S (och 23S om tillgängligt) träd av alla validerade arter. Släktet Bacillus innehåller ett mycket stort antal kapslade taxa och huvudsakligen i både 16S och 23S. Det är parafyletisk för Lactobacillales ( Lactobacillus, Streptococcus, Staphylococcus, Listeria, etc.), på grund av Bacillus coahuilensis och andra. [ citat behövs ]

Ett tredje förslag, som presenterades 2010, var en gensammansättningsstudie, och fann resultat som liknar förslaget från 2008, men med ett mycket mer begränsat antal arter när det gäller grupper. (Detta schema använde Listeria som en utgrupp, så i ljuset av ARB-trädet kan det vara "inifrån och ut").

En kladd, bildad av Bacillus anthracis , Bacillus cereus , Bacillus mycoides , Bacillus pseudomycoides , Bacillus thuringiensis och Bacillus weihenstephanensis enligt 2011 års klassificeringsstandarder, bör vara en enskild art (inom 16 S till 97 %), men de är medicinska skäl, anses vara separata arter (ett problem som också finns för fyra arter av Shigella och Escherichia coli ).

En fylogenomisk studie av 1104 Bacillus- proteomer baserades på 114 kärnproteiner och avgränsade relationerna mellan de olika arterna, definierade som Bacillus från NCBI-taxonomien. De olika stammarna grupperades i arter, baserat på ANI-värden (Average Nucleotide Identity), med en art cutoff på 95 %.

Bacillus fylogenetik
Rot
"sjukdomsalstrande"

Bacillus weihenstephanensis

Bacillus cereus / thuringiensis / anthracis

"jord"

Bacillus pumilus

Bacillus subtilis

Bacillus licheniformis

"benthic"

Geobacillus kaustophilus

"vatten"

Bacillus coahuilensis

Bacillus sp. m3-13

Bacillus sp. NRRLB-14911

"benthic"

Oceanobacillus iheyensis

"halofiler"

Bacillus halodurans

Bacillus clausii

Fylogeni av släktet Bacillus enligt

Arter

|B. algicola]] i

Ekologisk och klinisk betydelse

Bacillusarter är allestädes närvarande i naturen, t.ex. i marken. De kan förekomma i extrema miljöer som högt pH ( B. alcalophilus ), hög temperatur ( B. thermophilus ) och höga saltkoncentrationer ( B. halodurans ). De är också mycket vanligt förekommande som endofyter i växter där de kan spela en avgörande roll i deras immunsystem , näringsabsorption och kvävefixerande förmåga. B. thuringiensis producerar ett toxin som kan döda insekter och har därför använts som insekticid. B. siamensis har antimikrobiella föreningar som hämmar växtpatogener, såsom svamparna Rhizoctonia solani och Botrytis cinerea , och de främjar växttillväxt genom flyktiga utsläpp. Vissa arter av Bacillus är naturligt kompetenta för DNA-upptag genom transformation .

  • Två Bacillus- arter är medicinskt betydelsefulla: B. anthracis , som orsakar mjältbrand ; och B. cereus , som orsakar matförgiftning , med symtom som liknar de som orsakas av Staphylococcus .
    • B. cereus producerar toxiner som orsakar två olika uppsättningar av symtom:
      • kräkningsgift som kan orsaka kräkningar och illamående
      • diarre
  • B. thuringiensis är en viktig insektspatogen och används ibland för att bekämpa skadeinsekter.
  • B. subtilis är en viktig modellorganism . Det är också en anmärkningsvärd matförstörare, vilket gör att bröd och relaterad mat blir fult.
    • B. subtilis kan också producera och utsöndra antibiotika.
  • Vissa miljömässiga och kommersiella stammar av B. coagulans kan spela en roll i livsmedelsförstöring av mycket sura, tomatbaserade produkter.

Industriell betydelse

Många Bacillus- arter kan utsöndra stora mängder enzymer. Bacillus amyloliquefaciens är källan till ett naturligt antibiotikumprotein barnas (ett ribonukleas ), alfaamylas som används vid stärkelsehydrolys, proteassubtilisinet som används med tvättmedel och restriktionsenzymet BamH1 som används i DNA-forskning. [ citat behövs ]

En del av Bacillus thuringiensis -genomet inkorporerades i majs (och bomull) grödor. De resulterande GMO:erna är resistenta mot vissa skadeinsekter. Bacillus subtilis (natto) är den viktigaste mikrobiella deltagaren i den pågående produktionen av den sojabaserade traditionella nattojäsningen, och vissa Bacillus -arter finns på Food and Drug Administrations GRAS-lista (allmänt betraktad som säker). Kapaciteten hos utvalda Bacillus- stammar att producera och utsöndra stora mängder (20–25 g/L) extracellulära enzymer har placerat dem bland de viktigaste industriella enzymproducenterna. Förmågan hos olika arter att jäsa i de sura, neutrala och alkaliska pH-områdena, i kombination med närvaron av termofiler i släktet, har lett till utvecklingen av en mängd nya kommersiella enzymprodukter med önskad temperatur, pH-aktivitet och stabilitetsegenskaper för att tillgodose en mängd specifika applikationer. Klassiska mutations- och (eller) selektionstekniker, tillsammans med avancerade klonings- och proteinteknikstrategier, har utnyttjats för att utveckla dessa produkter. Ansträngningar att producera och utsöndra höga utbyten av främmande rekombinanta proteiner i Bacillus -värdar verkade initialt hämmas av nedbrytningen av produkterna av värdproteaserna. Nyligen genomförda studier har avslöjat att den långsamma veckningen av heterologa proteiner vid gränssnittet mellan membran och cellvägg hos Gram-positiva bakterier gör dem sårbara för attack av väggassocierade proteaser. Dessutom kan närvaron av tioldisulfidoxidoreduktaser i B. subtilis vara fördelaktig vid utsöndringen av proteiner som innehåller disulfidbindningar. Sådana utvecklingar från vår förståelse av det komplexa proteintranslokationsmaskineriet hos Gram-positiva bakterier bör möjliggöra lösningen av nuvarande sekretionsutmaningar och göra Bacillus- arter till framstående värdar för heterolog proteinproduktion. Bacillus- stammar har också utvecklats och konstruerats som industriella producenter av nukleotider, vitaminet riboflavin, smakmedlet ribos och tillägget poly-gamma-glutaminsyra. Med den senaste karakteriseringen av genomet av B. subtilis 168 och av vissa besläktade stammar, är Bacillus- arter redo att bli de föredragna värdarna för produktion av många nya och förbättrade produkter när vi går genom den genomiska och proteomiska eran.

Använd som modellorganism

Kolonier av modellarten Bacillus subtilis på en agarplatta

Bacillus subtilis är en av de bäst förstådda prokaryoterna, när det gäller molekylär och cellulär biologi. Dess fantastiska genetiska mottaglighet och relativt stora storlek har gett de kraftfulla verktyg som krävs för att undersöka en bakterie ur alla möjliga aspekter. Nyligen genomförda förbättringar av fluorescerande mikroskopitekniker har gett ny insikt i den dynamiska strukturen hos en encellsorganism. Forskning om B. subtilis har legat i framkant inom bakteriell molekylärbiologi och cytologi, och organismen är en modell för differentiering, gen/proteinreglering och cellcykelhändelser i bakterier.

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Bacillus&oldid=1140133675 "