BACILLUS THURINGIENSIS: EGENSKAPER, MORFOLOGI, LIVSSYKLUS - BIOLOGI - 2026

Bacillus thuringiensis er en bakterie som tilhører en stor gruppe grampositive bakterier, noen patogene og andre helt ufarlige. Det er en av bakteriene som har blitt studert mest på grunn av dens nytte i landbruket.

Denne nytten ligger i det faktum at denne bakterien har det særegne ved å produsere krystaller i løpet av sin sporuleringsfase som inneholder proteiner som viser seg å være giftige for visse insekter som utgjør ekte skadedyr for avlinger.

Krystaller av B. thuringiensis-toksin. Av Jim Buckman er kreditert, og den opprinnelige opplasteren er PRJohnston. (w: no: Bilde: Bacillus thuringiensis.JPG), via Wikimedia Commons

Blant de mest enestående egenskapene til Bacillus thuringiensis er dens høye spesifisitet, dets ufarlighet for mennesker, planter og dyr, så vel som dets minimale rest. Disse egenskapene tillot den å posisjonere seg som et av de beste alternativene for behandling og kontroll av skadedyr som plaget avlinger.

Den vellykkede bruken av denne bakterien ble tydelig i 1938 da det første plantevernmiddelet som ble produsert med sporer, dukket opp. Fra da av har historien vært lang, og gjennom den er Bacillus thuringiensis blitt ratifisert som et av de beste alternativene når det gjelder kontroll av jordbruksskadedyr.

Taksonomi

Den taksonomiske klassifiseringen av Bacillus thuringiensis er:

Domenet: Bakterier

Filum: firmmutes

Klasse: Bacilli

Ordre: Bacillales

Familie: Bacillaceae

Slekt: Bacillus

Arter: Bacillus thuringiensis

morfologi

De er stavformede bakterier med avrundede ender. De presenterer et pertrisk flagellasjonsmønster, med flagella fordelt over hele celleoverflaten.

Den har dimensjoner på 3-5 mikron lang og 1-1,2 mikron bred. I deres eksperimentelle kulturer blir sirkulære kolonier observert, med en diameter på 3-8 mm, med vanlige kanter og et "malt glass" -utseende.

Når de observeres under elektronmikroskopet, blir de typiske langstrakte celler observert, forenet i korte kjeder.

Denne bakteriearten produserer sporer som har en karakteristisk ellipsoidal form og er lokalisert i den sentrale delen av cellen, uten å forårsake dens deformasjon.

Generelle egenskaper

For det første er Bacillus thuringiensis en grampositiv bakterie, noe som betyr at når den utsettes for Gram-fargeprosessen, får den en fiolett farge.

På samme måte er det en bakterie preget av dens evne til å kolonisere forskjellige miljøer. Det har vært mulig å isolere det på alle typer jordsmonn. Den har en bred geografisk fordeling, etter å ha blitt funnet til og med i Antarktis, et av de mest fiendtlige miljøene på planeten.

Den har et aktivt stoffskifte, og kan fermentere karbohydrater som glukose, fruktose, ribose, maltose og trehalose. Det kan også hydrolysere stivelse, gelatin, glykogen og N-acetyl-glukosamin.

I samme vene er Bacillus thuringiensis katalasepositiv, og er i stand til å dekomponere hydrogenperoksyd i vann og oksygen.

Når den har blitt dyrket på blodagarmedium, har man observert et mønster av beta-hemolyse, noe som betyr at denne bakterien er i stand til å fullstendig ødelegge erytrocytter.

Når det gjelder miljøkravene for vekst, krever det temperaturer fra 10 - 15 ° C til 40 - 45 ° C. Tilsvarende er dens optimale pH mellom 5,7 og 7.

Bacillus thuringiensis er en streng aerob bakterie. Det må være i et miljø med rikelig oksygentilgjengelighet.

Det særegne kjennetegnet ved Bacillus thuringiensis er at det under sporuleringsprosessen genererer krystaller som består av et protein kjent som delta-toksin. Innenfor disse to gruppene er identifisert: Cry og Cyt.

Dette giftstoffet er i stand til å forårsake død av visse insekter som er sanne skadedyr for forskjellige typer avlinger.

Livssyklus

B. thuringiensis har en livssyklus med to faser: en av dem preget av vegetativ vekst, den andre av sporulering. Den første av dem forekommer under gunstige forhold for utvikling, som næringsrike miljøer, den andre under ugunstige forhold, med mangel på matsubstrat.

Larvene til insekter som sommerfugler, biller eller fluer, blant andre når de fôrer på bladene, fruktene eller andre deler av planten, kan innta endosporer av bakterien B. thuringiensis.

På insektets fordøyelseskanal blir det krystalliserte proteinet av bakterien oppløst og aktivert på grunn av dets alkaliske egenskaper. Proteinet binder seg til en reseptor på insektens tarmceller, og danner en pore som påvirker elektrolyttbalansen og forårsaker insektets død.

Dermed bruker bakterien vevene fra det døde insektet til fôring, multiplikasjon og dannelse av nye sporer som vil infisere nye verter.

toksin

Giftstoffene produsert av B. thuringiensis har en meget spesifikk virkning i virvelløse dyr og er ufarlige i virveldyr. Parasporale inneslutninger av B. thuringensis besitter forskjellige proteiner med mangfoldig og synergistisk aktivitet.

B. thuringienisis har flere virulensfaktorer som inkluderer, i tillegg til delta-endotoksinene Cry og Cyt, visse alfa- og beta-eksotoksiner, kitinaser, enterotoksiner, fosfolipaser og hemolysiner, som forbedrer dens effektivitet som entomopatogen.

De giftige proteinkrystaller av B. thuringiensis nedbrytes i jorden ved mikrobiell handling og kan denatureres av forekomsten av solstråling.

Bruk i skadedyrbekjempelse

Det entomopatogene potensialet til Bacillus thuringiensis har blitt utnyttet i mer enn 50 år for å beskytte avlinger.

Takket være utviklingen av bioteknologi og fremskritt i den, har det vært mulig å bruke denne giftige effekten gjennom to hovedruter: produksjon av plantevernmidler som brukes direkte på avlinger og opprettelse av transgene matvarer.

Toksinets virkningsmekanisme

For å forstå viktigheten av denne bakterien i skadedyrbekjempelse, er det viktig å vite hvordan giftstoffet angriper insektets kropp.

Handlingsmekanismen er delt inn i fire stadier:

Gråt protoksinsolubilisering og prosessering : krystaller inntatt av insektlarver løses opp i tarmen. Ved virkning av de tilstedeværende proteasene blir de omdannet til aktive giftstoffer. Disse giftstoffene krysser den såkalte peritrofiske membranen (beskyttende membran i cellene i tarmepitelet).

Binding til reseptorer : giftstoffer binder seg til spesifikke steder som er lokalisert i mikrovilli i tarmcellene til insektet.

Innføring i membranen og dannelse av poren : Gråteproteiner setter inn i membranen og forårsaker total ødeleggelse av vevet gjennom dannelse av ionekanaler.

Cytolyse : død av tarmceller. Dette skjer gjennom flere mekanismer, den mest kjente er osmotisk cytolyse og inaktivering av systemet som opprettholder pH-balansen.

Bacillus thuringiensis

Når den giftige effekten av proteiner som ble produsert av bakteriene ble verifisert, ble deres potensielle bruk i bekjempelse av skadedyr i avlinger undersøkt.

Det er utført mange studier for å bestemme de plantevernmessige egenskapene til toksinet produsert av disse bakteriene. På grunn av de positive resultatene fra disse undersøkelsene, har Bacillus thuringiensis blitt det mest brukte biologiske insektmiddel i hele verden for å kontrollere skadedyr som skader og påvirker ulike avlinger.

Kilde: Pixabay.com

Bacillus thuringiensis-baserte bioinsektmidler har utviklet seg over tid. Fra de første som bare inneholdt sporer og krystaller, til de som er kjent som tredje generasjon de som inneholder rekombinante bakterier som genererer bt-toksinet og som har fordeler som å nå plantevev.

Viktigheten av toksinet produsert av denne bakterien er at den ikke bare er effektiv mot insekter, men også mot andre organismer som nematoder, protosoer og trematoder.

Det er viktig å tydeliggjøre at dette toksinet er helt ufarlig i andre typer levende vesener som virveldyr, en gruppe som mennesker hører til. Dette er slik at fordøyelsessystemets indre forhold ikke er ideelle for dens spredning og effekt.

Bacillus thuringiensis

Takket være teknologiske fremskritt, spesielt utviklingen av rekombinant DNA-teknologi, har det vært mulig å lage planter som er genetisk immun mot effekten av insekter som ødelegger for avlinger. Disse plantene er generisk kjent som transgene matvarer eller genmodifiserte organismer.

Denne teknologien består i å identifisere i bakteriets genom sekvensen av gener som koder for uttrykk for giftige proteiner. Disse genene overføres senere til genomet til planten som skal behandles.

Når planten vokser og utvikler seg, begynner den å syntetisere giftstoffet som tidligere ble produsert av Bacillus thuringiensis, og er da immun mot virkningen av insekter.

Det er flere planter der denne teknologien er brukt. Blant disse er mais, bomull, poteter og soyabønner. Disse avlingene er kjent som bt mais, bt bomull, etc.

Selvfølgelig har disse transgene matene gitt en viss bekymring i befolkningen. I en rapport publisert av Det amerikanske miljøbyrået ble det imidlertid bestemt at disse matvarene til dags dato ikke har manifestert noen form for toksisitet eller skade, verken hos mennesker eller hos dyr.

Effekter på insektet

Krystallene av B. thuringiensis løses opp i tarmen til insektet med høy pH og prototoksinene, og andre enzymer og proteiner frigjøres. Dermed blir prototoksinene aktive giftstoffer som binder seg til spesialiserte reseptormolekyler på tarmens celler.

B. thuringiensis-toksinet produserer ved insektopphør av svelging, lammelse av tarmen, oppkast, ubalanse i utskillelse, osmotisk dekompensasjon, generell lammelse og til slutt død.

På grunn av virkningen av toksinet oppstår det alvorlig skade i tarmvevet som forhindrer dets funksjon, noe som påvirker assimilering av næringsstoffer.

Tarm fra 'Caenorhabditis elegans' infisert med 'Bacillus thuringiensis'. Kilde: www.researchgate.net

Det har blitt vurdert at død av insekten kan være forårsaket av spiring av sporer og spredning av vegetative celler i insektens hemocele.

Imidlertid antas det at dødeligheten vil avhenge mer av virkningen av commensal bakterier som lever i insektens tarm, og at de etter virkningen av B. thuringiensis-toksinet ville være i stand til å forårsake septikemi.

B. thuringiensis-toksinet påvirker ikke virveldyr, fordi fordøyelsen av mat i sistnevnte foregår i sure medier, der toksinet ikke er aktivert.

Den høye spesifisiteten hos insekter skiller seg ut, spesielt kjent for Lepidoptera. Det anses som ufarlig for det meste av entomofauna og har ingen skadelig virkning på planter, det vil si at det ikke er fytotoksisk.

referanser

1. Hoffe, H. og Whiteley, H. (1989, juni). Insektdrepende krystallproteiner av Bacillus thuringiensis. Mikrobiologisk gjennomgang. 53 (2). 242-255.
2. Martin, P. og Travers, R. (1989, oktober). Verdensomspennende overflod og distribusjon av anvendt Bacillus thuringiensis og miljømikrobiologi. 55 (10). 2437-2442.
3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. og Yeon, H. (2007). Bacillus thuringiensis som et spesifikt, sikkert og effektivt verktøy for skadedyrbekjempelse. Journal of Microbiology and Biotechnology. 17 (4). 547-559
4. Sauka, D. og Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: generaliteter. En tilnærming til dets bruk i biokontroll av lepidopteraninsekter som er jordbruksskadedyr. Argentine Journal of Microbiology. 40. 124-140
5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D., og Dean H. (1998, september). Bacillus thuringiensis og dets plantevernmessige krystallprotein. Om mikrobiologi og molekylærbiologi. 62 (3). 775-806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. og Villalobos, S. (2018, januar). Slekten Bacillus som biologiske kontrollmidler og deres implikasjoner for biosikkerhet i landbruket. Meksikansk journal for fytopatologi. Online publisering.