Bacillus -Bacillus

Bacill
Bacillus subtilis , färgad
Vetenskaplig klassificering
Domän:	Bakterie
Provins:	Firmicutes
Klass:	Baciller
Beställa:	Bacillales
Familj:	Bacillaceae
Släkte:	Bacillus Cohn
Arter
Se text

Bacillus (latin "stick") är ett släkte av grampositiva , stavformade bakterier , en medlem av phylum Firmicutes , med 266 namngivna arter . Termen används också för att beskriva vissa bakteriers form (stav); och plural Baciller är namnet på den klass av bakterier som detta släkt tillhör. Bacillusarter kan vara antingen obligatoriska aerober : syreberoende ; eller fakultativa anaerober : har förmågan att fortsätta leva i frånvaro av syre. Odlade Bacillus -artertestar positivt för enzymet katalas om syre har använts eller är närvarande.

Bacillus kan reducera sig till ovala endosporer och kan förbli i detta vilande tillstånd i flera år. Endosporen för en art från Marocko rapporteras ha överlevt uppvärmning till 420 ° C. Endosporbildning utlöses vanligtvis av brist på näringsämnen: bakterien delar sig i cellväggen och den ena sidan uppslukar den andra. De är inte sanna sporer (dvs inte en avkomma). Endosporebildning definierade ursprungligen släktet, men inte alla sådana arter är nära besläktade, och många arter har flyttats till andra släkten i Firmicutes . Endast en endospor 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 producerar B. anthracis en kapsel av polypeptid (polyglutaminsyra) som dödar den från fagocytos. Släkten Bacillus och Clostridium utgör familjen Bacillaceae . Arter identifieras med hjälp av morfologiska och biokemiska kriterier. Eftersom sporerna hos 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., de är också resistenta mot kemikalier som antibiotika. Detta motstånd gör att de kan överleva i många år och särskilt i en kontrollerad miljö. Bacillusarter är välkända inom livsmedelsindustrin som besvärliga förstöringsorganismer.

Bacillus är allestädes närvarande och innehåller både fritt levande (icke-parasitiska) arter och två parasitiska patogena arter. Dessa två Bacillus -arter är medicinskt signifikanta: B. anthracis orsakar mjältbrand ; och B. cereus orsakar matförgiftning .

Många arter av Bacillus kan producera stora mängder enzymer, som används i olika industrier, till exempel vid produktion av alfa amylas som används vid stärkelsehydrolys och proteas subtilisin som används i tvättmedel . B. subtilis är en värdefull modell för bakterieforskning. Vissa Bacillus -arter kan syntetisera och utsöndra lipopeptider , i synnerhet ytaktiner och mykosubtiliner .

Strukturera

Cellvägg

Bacillus subtilis ( gramfläck )

Bacillus cellvägg är en struktur på utsidan av cellen som bildar den andra barriären mellan bakterien och miljön, och samtidigt bibehåller stavformen och tål trycket som genereras av cellens turgor . Cellväggen är gjord av teichoic och teichuronsyror. B. subtilis är den första bakterien för vilken rollen av en aktin -liknande cytoskelettet i cellform bestämning och peptidoglykan syntesen identifierades och för vilka hela uppsättningen av peptidoglykan-syntetiserande enzymer lokaliserades. Cytoskeletets roll vid formgenerering och underhåll är viktig.

Bacillusarter är stavformade, endosporbildande aeroba eller fakultativt anaeroba, grampositiva bakterier; i vissa art kan kulturer bli gramnegativa med åldern. De många släktarterna uppvisar ett brett spektrum av fysiologiska förmågor som gör att de kan leva i alla naturliga miljöer. Endast en endospor bildas per cell. Sporerna är resistenta mot värme, kyla, strålning, uttorkning och desinfektionsmedel.

Ursprung för namn

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

Isolering och identifiering

Ett enkelt sätt att isolera Bacillus -arter är att placera icke -steril jord i ett provrör med vatten, skaka, placera i smält mannitolsaltagar och inkubera vid rumstemperatur i minst ett dygn. Odlade kolonier är vanligtvis stora, sprider sig och är oregelbundet formade.

Under mikroskopet framträder Bacillus -cellerna som stavar, och en betydande del av cellerna innehåller vanligtvis ovala endosporer i ena änden, vilket gör att de buktar ut.

Egenskaper för Bacillus spp.

SI Paul et al. (2021) isolerade och identifierade flera stammar av Bacillus -arter (stammar WS1A , YBS29 , KSP163A , OA122 , ISP161A , OI6 , WS11 , KSP151E , S8 ) från marina svampar på Saint Martin's Area i Bengaliska viken , Bangladesh . Baserat på deras studie, koloni, morfologiska, fysiologiska och biokemiska egenskaper hos Bacillus spp. visas i tabellen nedan.

Obs: + = Positivt, - = Negativt, O ​​= Oxidativt, F = Fermentativt

Fylogeni

Tre förslag har presenterats som representerar fylogeni av släktet Bacillus . Det första förslaget, som presenterades 2003, är en Bacillus -specifik studie, med den största mångfalden som omfattas av 16S och ITS -regionerna. Det delar släktet i 10 grupper. Detta inkluderar de kapslade släkten 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 taxor och huvudsakligen i både 16S och 23S. Det är parafyletiskt för Lactobacillales ( Lactobacillus, Streptococcus, Staphylococcus, Listeria , etc.), på grund av Bacillus coahuilensis och andra.

Ett tredje förslag, som presenterades 2010, var en gen -sammanlänkningsstudie och fann resultat som liknade 2008 års förslag, men med ett mycket mer begränsat antal arter när det gäller grupper. (Detta schema använde Listeria som en utgrupp, så mot bakgrund av ARB-trädet kan det vara "inifrån och ut").

En clade, bildad av Bacillus anthracis , Bacillus cereus , Bacillus mycoides , Bacillus pseudomycoides , Bacillus thuringiensis och Bacillus weihenstephanensis enligt 2011 års klassificeringsstandarder, bör vara en enda art (inom 97% 16S identitet), men på grund av medicinska skäl är de betraktas som separata arter (en fråga förekommer också för fyra arter av Shigella och Escherichia coli ).

Arter

Ekologisk och klinisk betydelse

Bacillarter finns allestädes närvarande i naturen, t.ex. i jord. De kan förekomma i extrema miljöer som högt pH ( B. alcalophilus ), hög temperatur ( B. thermophilus ) och höga saltkoncentrationer ( B. halodurans ). B. thuringiensis producerar ett toxin som kan döda insekter och har därför använts som insekticid. B. siamensis har antimikrobiella föreningar som hämmar växtpatogener, som 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 signifikanta: B. anthracis , som orsakar mjältbrand ; och B. cereus , som orsakar matförgiftning , med symptom liknande dem som orsakas av Staphylococcus .
  • B. cereus producerar toxiner som orsakar 2 olika symtom
    • emetiskt toxin som kan orsaka kräkningar och illamående
    • diarre
• B. thuringiensis är en viktig insekts patogen, och ibland används för att kontrollera skadeinsekter.
• B. subtilis är en viktig modellorganism . Det är också en anmärkningsvärd matspoiler som orsakar ropiness i bröd och relaterad mat.
  • B. subtilis kan också producera och utsöndra antibiotika.
• Vissa miljömässiga och kommersiella stammar av B. coagulans kan spela en roll vid matförstöring av mycket sura, tomatbaserade produkter.

Industriell betydelse

Många Bacillus -arter kan utsöndra stora mängder enzymer. Bacillus amyloliquefaciens är källan till en naturlig antibiotika protein barnas (en ribonukleas ), alfa-amylas används i stärkelsehydrolys, den proteaset subtilisin användas med detergenter, och BamH1 restriktionsenzym som används i DNA-forskning.

En del av Bacillus thuringiensis genomet införlivades i majs (och bomull) grödor. De resulterande GMO: erna är resistenta mot vissa skadedjur. Bacillarter fortsätter att vara dominerande bakteriella arbetshästar vid mikrobiella jäsningar. Bacillus subtilis (natto) är den viktigaste mikrobiella deltagaren i den pågående produktionen av den sojabaserade traditionella natto-jäsningen, och vissa Bacillus- arter finns på Food and Drug Administration: s 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. Olika arters förmåga att jäsa i sura, neutrala och alkaliska pH -intervall, 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 hantera en mängd specifika applikationer. Klassisk mutation och (eller) urvalsteknik, tillsammans med avancerade klonings- och proteintekniska strategier, har utnyttjats för att utveckla dessa produkter. Ansträngningar att producera och utsöndra höga utbyten av främmande rekombinanta proteiner i Bacillus -värdar tycktes initialt hämmas av nedbrytningen av produkterna av värdproteaserna. Nyligen genomförda studier har avslöjat att den långsamma veckningen av heterologa proteiner vid membran-cellväggsgränssnittet för grampositiva bakterier gör dem sårbara för angrepp av väggassocierade proteaser. Dessutom kan närvaron av tiol-disulfidoxidoreduktaser i B. subtilis vara fördelaktig vid utsöndringen av disulfidbindande proteiner. Sådan utveckling från vår förståelse av komplexa proteintranslokationsmaskiner för grampositiva bakterier bör möjliggöra lösning av nuvarande utsöndringsutmaningar och göra Bacillus- arter till framstående värdar för heterolog proteinproduktion. Bacillus- stammar har också utvecklats och konstruerats som industriella tillverkare av nukleotider, vitamin riboflavin, smakämnet ribos och tillägget poly-gamma-glutaminsyra. Med den senaste karakteriseringen av genomet för B. subtilis 168 och för några relaterade 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 mest förstådda prokaryoter, 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 från alla möjliga aspekter. Nyligen förbättradetekniker för fluorescerande mikroskopi har gett ny inblick i den dynamiska strukturen hos en enda cellorganism. Forskning om B. subtilis har varit i framkant inom bakteriell molekylärbiologi och cytologi, och organismen är en modell för differentiering, gen/proteinreglering och cellcykelhändelser hos bakterier.

Se även

• Paenibacillus och Virgibacillus , släkten av bakterier som tidigare ingick i Bacillus .

Referenser

externa länkar

• Bacillus genomer och relaterad information på PATRIC , ett bioinformatik resurscenter finansierat av NIAID