БАЦИЛЛУС ТХУРИНГИЕНСИС: КАРАКТЕРИСТИКЕ, МОРФОЛОГИЈА, ЖИВОТНИ ЦИКЛУС - БИОЛОГИЈА - 2025

Бациллус тхурингиенсис је бактерија која припада великој групи грам-позитивних бактерија, неких патогених, а других потпуно безопасних. То је једна од бактерија која је највише проучавана због своје корисности у пољопривреди.

Ова корисност лежи у чињеници да ова бактерија има особину стварања кристала током своје фазе спорулације који садрже протеине за које се испостави да су токсични за одређене инсекте који представљају праве штеточине за усеве.

Кристали токсина Б. тхурингиенсис. Јим Буцкман је заслужан, а оригинални уплоадер је ПРЈохнстон. (в: хр: Слика: Бациллус тхурингиенсис.ЈПГ), путем Викимедиа Цоммонс

Међу најистакнутије карактеристике Бациллус тхурингиенсис су његова висока специфичност, безопасност за човека, биљке и животиње, као и његова минимална трајност. Ови атрибути омогућили су му да се позиционира као једна од најбољих опција за третирање и сузбијање штеточина који су засипали усеве.

Успешна употреба ове бактерије постала је евидентна 1938. године када су се појавили први произведени пестициди са својим спорама. Од тада је историја дуга и кроз њу је Бациллус тхурингиенсис ратификован као једна од најбољих опција када је у питању сузбијање пољопривредних штеточина.

Таксономија

Таксономска класификација Бациллус тхурингиенсис је:

Домен: Бактерије

Пхилум: Фирмицутес

Класа: Бацили

Ред: Бацилале

Породица: Бациллацеае

Род: Бациллус

Врста: Бациллус тхурингиенсис

Морфологија

То су бактерије у облику шипка са заобљеним крајевима. Представљају пертични узорак флагелације, са бичевима распоређеним по целој површини ћелије.

Димензије су од 3-5 микрона ширине 1-1.2 микрона. У њиховим експерименталним културама примећују се кружне колоније пречника 3-8 мм, правилних ивица и изгледа „млевеног стакла“.

Када се посматрају под електронским микроскопом, посматрају се типичне издужене ћелије, уједињене у кратке ланце.

Ова врста бактерија ствара споре које имају карактеристичан елипсоидни облик и налазе се у централном делу ћелије, а да не изазову њену деформацију.

Опште карактеристике

На првом месту, Бациллус тхурингиенсис је грам-позитивна бактерија, што значи да када се подвргне процесу бојења по Граму, он добије љубичасту боју.

Исто тако, то је бактерија карактеристична по својој способности да колонизује различита окружења. Може се изоловати на свим типовима тла. Има широку географску распрострањеност, а пронађена је чак и на Антарктику, једном од нај непријатељскијих окружења на планети.

Има активни метаболизам и може да ферментира угљене хидрате попут глукозе, фруктозе, рибозе, малтозе и трехалозе. Такође може да хидролизује скроб, желатину, гликоген и Н-ацетил-глукозамин.

На исти начин, Бациллус тхурингиенсис је позитиван на каталазу, јер је у стању да разгради водоник пероксид у воду и кисеоник.

Када га је узгајала у медијуму агар крви, примећен је образац бета хемолизе, што значи да је ова бактерија способна да потпуно уништи еритроците.

Температурне потребе за растом захтијевају распон температуре од 10 - 15 ° Ц до 40 -45 ° Ц. Слично томе, његов оптимални пХ је између 5,7 и 7.

Бациллус тхурингиенсис је строга аеробна бактерија. Мора бити у окружењу са великом доступношћу кисеоника.

Карактеристична карактеристика бактерије Бациллус тхурингиенсис је да током процеса спорулације ствара кристале сачињене од протеина познатог као делта токсин. Унутар ове двије групе су идентифициране: Цри и Цит.

Овај токсин може да изазове смрт одређених инсеката који су прави штеточине за разне врсте усева.

Животни циклус

Б. тхурингиенсис има животни циклус са две фазе: једну од њих карактерише вегетативни раст, а другу споралацију. Први од њих се јавља у повољним условима за развој, попут окружења богатих хранљивим материјама, а други у неповољним условима, са недостатком прехрамбених супстрата.

Личинке инсеката попут лептира, буба или мува, између осталог, када се хране листовима, плодовима или другим деловима биљке, могу гутати ендоспоре бактерије Б. тхурингиенсис.

У пробавном тракту инсекта, због алкалних карактеристика, кристализовани протеин бактерије се раствара и активира. Протеин се везује за рецептор на цревним ћелијама инсекта, стварајући поре које утичу на равнотежу електролита, проузрокујући смрт инсекта.

Тако бактерија користи ткива мртвог инсекта за храњење, размножавање и стварање нових спора које ће инфицирати нове домаћине.

Токсин

Токсини које производи Б. тхурингиенсис имају високо специфично деловање на бескраљежњацима и безопасни су код кичмењака. Параспоралне инклузије Б. тхурингенсис поседују различите протеине са разноврсном и синергистичком активношћу.

Б. тхурингиенисис има разне факторе вируленције који укључују, осим делта ендотоксина Цри и Цит, и одређене алфа и бета егзотоксине, хитиназе, ентеротоксине, фосфолипазе и хемолизине, који повећавају његову ефикасност као ентомопатоген.

Токсични протеински кристали Б. тхурингиенсис се деградирају у тлу микробним деловањем и могу се денатурирати појавом сунчевог зрачења.

Користи се у сузбијању штеточина

Ентомопатогени потенцијал Бациллус тхурингиенсис већ се више од 50 година користи у заштити усева.

Захваљујући развоју биотехнологије и напретку у њој, токсични ефекат било је могуће користити кроз два главна правца: производњу пестицида који се користе директно на усевима и стварање трансгених намирница.

Механизам деловања токсина

Да бисмо разумели значај ове бактерије у борби против штеточина, важно је знати како токсин напада инсектино тело.

Његов механизам деловања подељен је у четири фазе:

Солубилизација и обрада протоксина : Кристали који гутају ларве инсеката растварају се у цревима. Дејством присутних протеаза, они се трансформишу у активне токсине. Ови токсини прелазе такозвану перитрофну мембрану (заштитну мембрану ћелија цревног епитела).

Везивање на рецепторе : токсини се везују за специфична места која су смештена у микровилли цревних ћелија инсекта.

Уметање у мембрану и стварање пора : Цри протеини се убацују у мембрану и узрокују потпуно уништавање ткива кроз формирање јонских канала.

Цитолиза : смрт цревних ћелија. То се дешава кроз неколико механизама, од којих је најпознатија осмотска цитолиза и инактивација система који одржава пХ равнотежу.

Бациллус тхурингиенсис

Након што је проверено токсично дејство протеина које производе бактерије, проучена је њихова потенцијална употреба у сузбијању штеточина у усевима.

Проведена су многа истраживања како би се утврдило пестицидна својства токсина које производе ове бактерије. Захваљујући позитивним резултатима ових истраживања, Бациллус тхурингиенсис је постао најкоришћенији биолошки инсектицид широм света за контролу штеточина који оштећују и негативно утичу на разне културе.

Извор: Пикабаи.цом

Биоинсектициди на бази Бациллус тхурингиенсис са временом су се развили. Од првих које су садржавале само споре и кристале, до оних познатих као оне треће генерације које садрже рекомбинантне бактерије које стварају бт токсин и које имају предности, попут достизања биљног ткива.

Важност токсина који производи ова бактерија је у томе што он није ефикасан само против инсеката, већ и против других организама попут нематода, протозоа и трематода.

Важно је разјаснити да је овај токсин потпуно безопасан за друге врсте живих бића као што су кичмењаци, група којој људи припадају. То је зато што унутрашњи услови пробавног система нису идеални за његову пролиферацију и дејство.

Бациллус тхурингиенсис

Захваљујући технолошком напретку, посебно развоју рекомбинантне ДНК технологије, било је могуће створити биљке које су генетски имуне на ефекте инсеката који пустоше на усјеве. Ове биљке су генерички познате као трансгена храна или генетски модификовани организми.

Ова технологија састоји се од идентификације унутар генома бактерије секвенце гена који кодира експресију токсичних протеина. Ови гени се касније преносе у геном биљке која се третира.

Када биљка расте и развија се почиње синтетизовати токсин који је претходно произвела Бациллус тхурингиенсис, тада је имуна на деловање инсеката.

Постоји неколико постројења у којима се ова технологија примењује. Међу њима су кукуруз, памук, кромпир и соја. Ове културе су познате као бт кукуруз, бт памук итд.

Наравно, ова трансгена храна је изазвала забринутост код становништва. Међутим, у извештају који је објавила Агенција за заштиту животне средине Сједињених Држава утврђено је да ове намирнице, до данас, нису показале никакву врсту токсичности или оштећења ни код људи ни код виших животиња.

Утицај на инсекта

Кристали врсте Б. тхурингиенсис растварају се у цревима инсекта са високим пХ и протоксини, и други ензими и протеини се ослобађају. Тако протоксини постају активни токсини који се везују за специјализоване молекуле рецептора на ћелијама црева.

Токсин Б. тхурингиенсис производи након престанка гутања инсеката, парализе црева, повраћања, неравнотеже у излучивању, осмотске декомпензације, опште парализе и коначно смрти.

Услед дејства токсина долази до озбиљних оштећења цревног ткива које спречавају његово функционисање и утичу на асимилацију хранљивих састојака.

Цријев "Цаенорхабдитис елеганс" заражен "Бациллус тхурингиенсис". Извор: ввв.ресеарцхгате.нет

Сматрало се да би смрт инсекта могла проузроковати клијањем спора и размножавањем вегетативних ћелија у хемоцели инсекта.

Међутим, сматра се да би смртност више зависила од деловања коммензалних бактерија које живе у цреву инсекта и да би после деловања отрова Б. тхурингиенсис могли изазвати септикемију.

Токсин Б. тхурингиенсис не утиче на кичмењаке, јер се варење хране у њему одвија у киселом медијуму, где се токсин не активира.

Издваја се његова висока специфичност у инсектима, посебно позната по Лепидоптера. Сматра се безопасним за већину ентомофауне и нема штетно дејство на биљке, односно није фитотоксично.

Референце

1. Хоффе, Х. и Вхителеи, Х. (1989, јун). Инсектицидни кристални протеини Бациллус тхурингиенсис. Микробиолошки преглед. 53 (2). 242-255.
2. Мартин, П. и Траверс, Р. (1989, октобар). Светско богаћење и дистрибуција примењене бактерије Бациллус тхурингиенсис и микробиологија животне средине. 55 (10). 2437-2442.
3. Рох, Ј., Јае, И., Минг, С., Биунг, Р. и Иеон, Х. (2007) Бациллус тхурингиенсис као специфично, сигурно и ефикасно средство за контролу инсеката и штеточина. Часопис за микробиологију и биотехнологију, 17 (4). 547-559
4. Саука, Д. и Бенитенде Г. (2008). Бациллус тхурингиенсис: опћенитости. Приступ његовој употреби у биоконтроли лепидоптеранских инсеката који су пољопривредни штеточињи. Аргентински часопис за микробиологију. 40. 124-140
5. Сцхнепф, Е., Црицкморе, Н., Ван Рие, Ј., Лерецлус, Д., Баум, Ј., Феителсон, Ј., Зеиглер, Д., и Деан Х. (1998, Септембер). Бациллус тхурингиенсис и његов пестицидни кристални протеин. Прегледи микробиологије и молекуларне биологије. 62 (3). 775-806.
6. Вилла, Е., Парра, Ф., Цира, Л. и Виллалобос, С. (2018, јануар). Род Бациллус као биолошки контролни агенси и њихове импликације на биолошку сигурност у пољопривреди. Мексички часопис за фитопатологију. Интернет публикација.