Характеристики Bacillus thuringiensis, морфологія, життєвий цикл



Bacillus thuringiensis являє собою бактерію, що належить до великої групи грампозитивних бактерій, деякі патогенні та інші абсолютно нешкідливі. Це одна з бактерій, яку вивчали найбільше, оскільки вони були корисними в сільському господарстві.

Ця корисність полягає в тому, що ця бактерія володіє особливістю отримання в процесі споруляції кристалів, що містять білки, які виявляються токсичними для деяких комах, які є справжніми шкідниками для культур.

Серед найбільш видатних рис Росії Bacillus thuringiensis Знайдено його високу специфічність, безпеку для людей, рослин і тварин, а також його мінімальну залишковість. Ці атрибути дозволили йому позиціонувати себе як один з найкращих варіантів лікування та контролю шкідників, які потерпали від посівів.

Успішне використання цієї бактерії стало очевидним у 1938 році, коли виник перший пестицид з його спорами. Звідти історія була довгою і через неї ратифікувала Bacillus thuringiensis як один з кращих варіантів, коли справа доходить до контролю сільськогосподарських шкідників.

Індекс

  • 1 Таксономія
  • 2 Морфологія
  • 3 Загальна характеристика
  • 4 Життєвий цикл
    • 4.1 Токсин
  • 5 Використовується для боротьби з шкідниками
    • 5.1 Механізм дії токсину
    • 5.2 Bacillus thuringiensis та пестициди
    • 5.3 Bacillus thuringiensis і трансгенні продукти
  • 6 Вплив на комаху
  • 7 Посилання

Таксономія

Таксономічна класифікація Bacillus thuringiensis є:

Домен: Бактерії

Тип: Фірми

Клас: Бацили

Замовлення: Bacillales

Сім'я: Bacillaceae

Стать: Bacillus

Види: Bacillus thuringiensis

Морфологія

Це бактерії, що мають форму брусів із закругленими кінцями. Вони являють собою зразок бичеванія периметра, причому джгутики розподілені по всій поверхні клітини.

Вона має розміри 3-5 мкм в довжину і 1-1,2 мкм в ширину. У їх експериментальних культурах спостерігаються кругові колонії, діаметром 3-8 мм, з правильними краями і зовнішнім виглядом «матове скло»..

При спостереженні електронного мікроскопа спостерігаються типові подовжені клітини, з'єднані короткими ланцюгами.

Цей вид бактерій виробляє спори, що мають характерну еліпсоїдну форму і розташовані в центральній частині клітини, не викликаючи деформації одного і того ж.

Загальна характеристика

По-перше, Bacillus thuringiensis являє собою грампозитивну бактерію, що означає, що під час обробки за Грамом вона набуває фіолетове забарвлення.

Крім того, це бактерія, що характеризується здатністю колонізувати різноманітні середовища. Можна було ізолювати його у всіх типах ґрунтів. Вона має широке географічне розповсюдження, знайдене навіть в Антарктиді, одній з найбільш ворожих середовищ на планеті.

Представлений активний метаболізм, будучи здатним ферментувати вуглеводи, такі як глюкоза, фруктоза, рибоза, мальтоза і трегалоза. Він також може гідролізувати крохмаль, желатин, глікоген і N-ацетил-глюкозамін.

У тому ж самому порядку ідей Bacillus thuringiensis Це позитивна каталаза, здатна розкладати перекис водню у воді і кисню.

При культивуванні в агар-кров'яному середовищі спостерігається картина бета-гемолізу, що означає, що ця бактерія здатна повністю знищити еритроцити.

Що стосується екологічних вимог до росту, то вона вимагає температурних діапазонів від 10 - 15 ° C до 40 - 45 ° C. Таким же чином, його оптимальне значення рН становить від 5,7 до 7.

The Bacillus thuringiensis Це суворі аеробні бактерії. Обов'язковий повинен бути в середовищі з широкою доступністю кисню.

Відмітна особливість Bacillus thuringiensis полягає в тому, що в процесі споруляції він генерує кристали, що складаються з білка, відомого як дельта-токсин. У межах цих двох груп були ідентифіковані: Cry і Cyt.

Цей токсин здатний викликати загибель деяких комах, які є справжніми шкідниками для різних видів сільськогосподарських культур.

Життєвий цикл

B. thuringiensis Він представляє життєвий цикл з двома фазами: один з них характеризується вегетативним ростом, інший - споруляцією. Перший відбувається за сприятливих умов для розвитку, таких як багаті поживними середовищами, другі за несприятливих умов, з дефіцитом харчового субстрату.

Личинки комах, такі як метелики, жуки або мухи, серед інших, можуть вживати ендоспори бактерій, харчуючись на листках, плодах або інших частинах рослини. B. thuringiensis.

У травному тракті комахи, завдяки лужним характеристикам комахи, кристалізований білок бактерії розчиняється і активується. Білок зв'язується з рецептором в кишкових клітинах комахи, утворюючи пори, що впливає на електролітний баланс, викликаючи загибель комахи.

Таким чином, бактерія використовує тканини мертвої комахи для її годування, розмноження та утворення нових спор, які заражають нових господарів.

Токсин

Токсини, що виробляються B. thuringiensis вони виявляють високоспецифічну дію на безхребетних і нешкідливі у хребетних. Параспоральні включення B. thuringensis вони мають різні білки з різноманітною і синергічною активністю.

B. thuringiensis Вона має кілька факторів вірулентності, які, крім дельта-ендотоксинів Cry і Cyt, включають деякі екзотоксини альфа і бета, хітинази, ентеротоксини, фосфоліпази і гемолизини, які підвищують його ефективність як ентомопатогену.

Кристали токсичного білка B. thuringiensis, вони деградуються в ґрунті шляхом мікробної дії і можуть бути денатуровані за рахунок падіння сонячного випромінювання.

Використовується для боротьби з шкідниками

Ентомопатогенний потенціал Bacillus thuringiensis був високо експлуатований протягом більше 50 років у захисті культур.

Завдяки розвитку біотехнології та її досягнень можна було використовувати цей токсичний ефект за двома основними шляхами: приготування пестицидів, які використовуються безпосередньо в сільськогосподарських культурах і створення трансгенних продуктів.

Механізм дії токсину

Щоб зрозуміти важливість цієї бактерії в боротьбі з шкідниками, важливо знати, як токсин нападає на організм комахи..

Механізм його дії поділяється на чотири етапи:

Солюбілізація і обробка протоксинів Cry: кристали, що надходять від личинки комах, розчиняються в кишечнику. При дії наявних протеаз вони перетворюються на активні токсини. Ці токсини проходять через так звану перитрофну мембрану (захисна мембрана кишкових епітеліальних клітин)..

Союз з приймачами: токсини зв'язуються з конкретними ділянками, які знаходяться в мікроворсинках кишкових клітин комахи.

Вставка в мембрану і утворення пориБілки Cry вводяться в мембрану і викликають тотальне руйнування тканини через утворення іонних каналів.

Цитоліз: загибель клітин кишечника. Це відбувається за допомогою декількох механізмів, найвідомішим з яких є осмотичний цитоліз і інактивація системи, яка підтримує рН-баланс.

Bacillus thuringiensis і пестициди

Після перевірки токсичного ефекту білків, вироблених бактеріями, було вивчено його потенційне використання у боротьбі з шкідниками в посівах..

Є багато досліджень, які були проведені для визначення пестицидних властивостей токсину, що виробляється цими бактеріями. Через позитивні результати цих досліджень, Bacillus thuringiensis Він став біологічним інсектицидом, що найбільш часто використовується у всьому світі для боротьби з шкідниками, які завдають шкоди і негативно впливають на різні культури.

Біоінсектициди на основі Bacillus thuringiensis Вони розвивалися з часом. З перших, які містили тільки спори і кристали, до тих, які відомі як третє покоління, які містять рекомбінантні бактерії, які генерують токсин bt і мають переваги, такі як досягнення тканин рослин.

Важливість токсину, виробленого цією бактерією, полягає в тому, що він не тільки ефективний проти комах, але й проти інших організмів, таких як нематоди, найпростіші і трематоди..

Важливо пояснити, що цей токсин абсолютно нешкідливий для інших типів живих істот, таких як хребетні, група, до якої належить людина. Це пояснюється тим, що внутрішні умови травної системи не підходять для її розповсюдження і ефекту.

Bacillus thuringiensis і трансгенні продукти

Завдяки технологічним досягненням, особливо розробці технології рекомбінантних ДНК, можна було створити рослини, які є генетично імунітетом до дії комах, які завдають шкоди сільськогосподарським культурам. Ці рослини відомі як трансгенні продукти або генетично модифіковані організми.

Ця технологія складається з виявлення в геномі бактерії послідовності генів, що кодують експресію токсичних білків. Пізніше ці гени переносяться в геном рослини, що підлягає лікуванню.

Коли рослина росте і розвивається, вона починає синтезувати токсин, який раніше вироблявся Bacillus thuringiensis, будучи тоді імунітетом до дії комах.

Є кілька заводів, в яких ця технологія була застосована. Серед них кукурудза, бавовна, картопля і соя. Ці культури відомі як bt кукурудза, bt бавовна і т.д..

Звичайно, ці ГМ продукти викликали певне занепокоєння у населення. Однак у доповіді, опублікованій Агенцією з охорони навколишнього середовища Сполучених Штатів, було визначено, що ці продукти, до теперішнього часу, не виявили жодного типу токсичності або пошкодження, ні у людей, ні у вищих тварин..

Вплив на комаху

Кристали B. thuringiensis вони розчиняються в кишечнику комахи з високим рН і протоксинами, а також вивільняються інші ферменти і білки. Таким чином, протоксини перетворюються на активні токсини, які приєднуються до спеціалізованих рецепторних молекул кишкових клітин.

Токсин B. thuringiensis виробляє в комах припинення прийому, параліч кишечника, блювоту, дисбаланс в екскреції, осмотичну декомпенсацію, загальний параліч і, нарешті, смерть.

Внаслідок дії токсину в тканині кишечника відбуваються серйозні пошкодження, які перешкоджають його функціонуванню, що впливає на засвоєння поживних речовин.

Вважається, що загибель комахи може бути викликана проростанням спор і проліферацією вегетативних клітин гемокоелі комахи..

Однак вважається, що смертність буде залежати скоріше від дії комменсальних бактерій, які населяють кишечник комахи, і що після дії токсину B. thuringiensis могли б викликати септицемію.

Токсин B. thuringiensis він не впливає на хребетних, оскільки перетравлення їжі в останніх здійснюється в кислих середовищах, де токсин не активується.

Підкреслюється його висока специфічність у комах, особливо відомих для лускокрилих. Вважається безпечним для більшості ентомофауни і не має шкідливого дії на рослини, тобто не є фітотоксичним.

Список літератури

  1. Hoffe, H. і Whiteley, H. (1989, червень). Інсектицидні кристалічні білки Bacillus thuringiensis. Мікробіологічний огляд. 53 (2). 242-255.
  2. Мартін, П. та Траверс, Р. (1989, жовтень). У всьому світі достаток і розподіл Bacillus thuringiensis Прикладна та екологічна мікробіологія. 55 (10). 2437-2442.
  3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. та Yeon, H. (2007) Bacillus thuringiensis як специфічний, безпечний та ефективний засіб боротьби з шкідниками комах. Журнал мікробіології та біотехнології.17 (4). 547-559
  4. Sauka, D. та Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: загальні Підхід до його використання в біоконтролі лускокрилих комах, які є сільськогосподарськими шкідниками. Аргентинський журнал мікробіології. 40. 124-140
  5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. and Dean H. (1998, вересень). Bacillus thuringiensis та його пестицидний кристалічний білок. Огляди мікробіології та молекулярної біології. 62 (3). 775-806.
  6. Villa, Е., Parrá, F., Cira, L. і Villalobos, S. (2018, січень). Рід Bacillus як агенти біологічного контролю та його наслідки в біозахисті сільського господарства. Мексиканський журнал фітопатології. Онлайн-видання.