Bacillus thuringiensis egenskaber, morfologi, livscyklus

2144
Egbert Haynes

Bacillus thuringiensis det er en bakterie, der tilhører en bred gruppe af gram-positive bakterier, nogle patogene og andre fuldstændig harmløse. Det er en af ​​de bakterier, der er blevet undersøgt mest på grund af dets anvendelighed i landbruget..

Denne anvendelighed ligger i det faktum, at denne bakterie har den egenart at producere krystaller under sin sporulationsfase, der indeholder proteiner, der viser sig at være giftige for visse insekter, der udgør sande skadedyr for afgrøder..

Krystaller af B. thuringiensis-toksin. Af Jim Buckman krediteres, og den oprindelige uploader er P.R. Johnston. (w: da: Billede: Bacillus thuringiensis.JPG) [Offentligt domæne], via Wikimedia Commons

Blandt de mest fremragende egenskaber ved Bacillus thuringiensis er dens høje specificitet, uskadelighed for mennesker, planter og dyr såvel som dens minimale restmængde. Disse egenskaber tillod det at positionere sig som en af ​​de bedste muligheder for behandling og bekæmpelse af skadedyr, der plagede afgrøder..

Den vellykkede brug af denne bakterie blev tydelig i 1938, da det første pesticid, der blev fremstillet med sine sporer, opstod. Fra da af har historien været lang og igennem den Bacillus thuringiensis som en af ​​de bedste muligheder, når det gælder bekæmpelse af skadedyr i landbruget.

Artikelindeks

  • 1 Taxonomi
  • 2 Morfologi
  • 3 Generelle egenskaber
  • 4 Livscyklus
    • 4.1 Toksinet
  • 5 Anvendelser til skadedyrsbekæmpelse
    • 5.1 Virkningsmekanisme for toksinet
    • 5.2 Bacillus thuringiensis og pesticider
    • 5.3 Bacillus thuringiensis og transgene fødevarer
  • 6 Virkninger på insektet
  • 7 Referencer

Taxonomi

Den taksonomiske klassifikation af Bacillus thuringiensis det er:

Domæne: Bakterie

Kant: Firmicutes

Klasse: Baciller

Bestille: Bacillales

Familie: Bacillaceae

Køn: Bacillus

Arter: Bacillus thuringiensis

Morfologi

De er stangformede bakterier med afrundede ender. De præsenterer et pertrisk flagelleringsmønster med flagella fordelt over hele celleoverfladen.

Den har dimensioner på 3-5 mikron og 1-1,2 mikron i bredden. I deres eksperimentelle kulturer observeres cirkulære kolonier med en diameter på 3-8 mm med regelmæssige kanter og et "formalet glas" -udseende..

Når de observeres med elektronmikroskopet, observeres de typiske aflange celler, samlet i korte kæder.

Denne art af bakterier producerer sporer, der har en karakteristisk ellipsoid form og er placeret i den centrale del af cellen uden at forårsage deformation af cellen..

Generelle egenskaber

Først og fremmest Bacillus thuringiensis Det er en gram-positiv bakterie, hvilket betyder, at når den udsættes for Gram-farvningsprocessen, får den en violet farve.

Ligeledes er det en bakterie, der er karakteriseret ved dens evne til at kolonisere forskellige miljøer. Det har været muligt at isolere det på alle typer jord. Det har en bred geografisk fordeling, der er fundet selv i Antarktis, et af de mest fjendtlige miljøer på planeten..

Det har et aktivt stofskifte, der er i stand til at fermentere kulhydrater såsom glukose, fruktose, ribose, maltose og trehalose. Det kan også hydrolysere stivelse, gelatine, glykogen og N-acetylglucosamin.

På samme måde er Bacillus thuringiensis det er katalasepositivt og er i stand til at nedbryde hydrogenperoxid i vand og ilt.

Når det er blevet dyrket på blodagarmedium, er der observeret et mønster af beta-hæmolyse, hvilket betyder, at denne bakterie er i stand til fuldstændigt at ødelægge erytrocytter..

Med hensyn til miljømæssige krav til vækst kræver det temperaturintervaller fra 10 - 15 ° C til 40 - 45 ° C. Tilsvarende er dens optimale pH mellem 5,7 og 7.

Det Bacillus thuringiensis det er en streng aerob bakterie. Det skal være i et miljø med rigelig ilt tilgængelighed.

Det karakteristiske træk ved Bacillus thuringiensis er, at det under sporulationsprocessen genererer krystaller, der består af et protein kendt som deltatoksin. Inden for disse to grupper er der identificeret: Cry og Cyt.

Dette toksin er i stand til at forårsage død af visse insekter, der udgør ægte skadedyr for forskellige typer afgrøder.

Livscyklus

B. thuringiensis Den har en livscyklus med to faser: den ene er præget af vegetativ vækst, den anden af ​​sporulation. Den første af dem forekommer under gunstige betingelser for udvikling, såsom næringsrige miljøer, den anden under ugunstige forhold med mangel på fødevaresubstrat.

Larverne fra insekter såsom sommerfugle, biller eller fluer, blandt andre, når de fodres med blade, frugter eller andre dele af planten, kan indtage endosporer af bakterierne B. thuringiensis.

I insektets fordøjelseskanal opløses og aktiveres det krystalliserede protein fra bakterierne på grund af dets alkaliske egenskaber. Proteinet binder til en receptor på insektets tarmceller og danner en pore, der påvirker elektrolytbalancen og forårsager insektets død..

Således bruger bakterien vævet fra det døde insekt til fodring, multiplikation og dannelse af nye sporer, der vil inficere nye værter..

Gift

De toksiner, der produceres af B. thuringiensis de præsenterer meget specifik handling hos hvirvelløse dyr og er uskadelige hos hvirveldyr. Parasporal indeslutning af B. thuringensis besidder forskellige proteiner med forskellig og synergistisk aktivitet.

B. thuringienisis Det har forskellige virulensfaktorer, der ud over Cry og Cyt delta-endotoksiner inkluderer visse alfa- og beta-eksotoksiner, chitinaser, enterotoksiner, phospholipaser og hæmolysiner, som forbedrer dets effektivitet som entomopatogener..

De giftige proteinkrystaller af B. thuringiensis, nedbrydes i jorden ved mikrobiel virkning og kan denatureres af forekomsten af ​​solstråling.

Anvendelse i skadedyrsbekæmpelse

Det entomopatogene potentiale af Bacillus thuringiensis har været stærkt udnyttet i mere end 50 år til beskyttelse af afgrøder.

Takket være udviklingen af ​​bioteknologi og fremskridt inden for det har det været muligt at bruge denne toksiske effekt ad to hovedveje: produktion af pesticider, der bruges direkte på afgrøder, og skabelse af transgene fødevarer..

Virkningsmekanisme for toksinet

For at forstå vigtigheden af ​​denne bakterie i skadedyrsbekæmpelse er det vigtigt at vide, hvordan toksinet angriber i insektets krop..

Dens virkningsmekanisme er opdelt i fire faser:

Cry protoxin solubilisering og behandling: krystaller indtaget af insektlarverne opløses i tarmen. På grund af virkningen af ​​de tilstedeværende proteaser omdannes de til aktive toksiner. Disse toksiner krydser den såkaldte peritrofiske membran (beskyttende membran i cellerne i tarmepitelet).

Binding til modtagere: toksiner binder til specifikke steder, der er placeret i mikrovilli i tarmcellerne i insektet.

Indføring i membranen og poredannelse: Cry-proteiner indsættes i membranen og forårsager total vævsdestruktion gennem dannelsen af ​​ionkanaler.

Cytolyse: død af tarmceller. Dette sker gennem flere mekanismer, hvor den mest kendte er osmotisk cytolyse og inaktivering af systemet, der opretholder pH-balancen..

Bacillus thuringiensis og pesticider

Når den toksiske virkning af proteinerne produceret af bakterierne var blevet verificeret, blev deres potentielle anvendelse til bekæmpelse af skadedyr i afgrøder undersøgt..

Mange undersøgelser er blevet udført for at bestemme de pesticide egenskaber af det toksin, der produceres af disse bakterier. På grund af de positive resultater af disse undersøgelser har Bacillus thuringiensis det er blevet det mest anvendte biologiske insekticid på verdensplan til at bekæmpe skadedyr, der skader og negativt påvirker forskellige afgrøder.

Kilde: Pixabay.com

Bioinsekticider baseret på Bacillus thuringiensis de har udviklet sig over tid. Fra de første, der kun indeholdt sporer og krystaller, til de såkaldte tredjegenerationer, der indeholder rekombinante bakterier, der genererer bt-toksinet, og som har fordele såsom at nå plantevæv.

Vigtigheden af ​​toksinet produceret af denne bakterie er, at det ikke kun er effektivt mod insekter, men også mod andre organismer som nematoder, protozoer og trematoder..

Det er vigtigt at præcisere, at dette toksin er totalt harmløst i andre typer levende væsener som hvirveldyr, en gruppe som mennesker tilhører. Dette skyldes, at fordøjelsessystemets indre forhold ikke er ideelle for dets spredning og effekt..

Bacillus thuringiensis og transgene fødevarer

Takket være teknologiske fremskridt, især udviklingen af ​​rekombinant DNA-teknologi, har det været muligt at skabe planter, der er genetisk immune over for effekten af ​​insekter, der skaber kaos på afgrøder. Disse planter er kendt generelt som transgene fødevarer eller genetisk modificerede organismer..

Denne teknologi består i at identificere inden for bakteriens genom sekvensen af ​​gener, der koder for ekspressionen af ​​toksiske proteiner. Senere overføres disse gener til genomet på planten, der skal behandles..

Når planten vokser og udvikler sig, begynder den at syntetisere det toksin, der tidligere blev produceret af Bacillus thuringiensis, derefter være immun over for insekternes virkning.

Der er flere anlæg, hvor denne teknologi er anvendt. Disse inkluderer majs, bomuld, kartofler og sojabønner. Disse afgrøder er kendt som BT majs, BT bomuld osv..

Selvfølgelig har disse transgene fødevarer skabt en vis bekymring i befolkningen. I en rapport, der blev offentliggjort af United States Environmental Agency, blev det imidlertid bestemt, at disse fødevarer hidtil ikke har manifesteret nogen form for toksicitet eller skade, hverken hos mennesker eller hos højere dyr..

Virkninger på insektet

Krystaller af B. thuringiensis de opløses i insektens tarm med høj pH, og protoxiner frigøres og andre enzymer og proteiner. Protoxiner bliver således aktive toksiner, der binder til specialiserede receptormolekyler på tarmens celler..

Gift af B. thuringiensis producerer ved insekt ophør af indtagelse, tarmlammelse, opkastning, ubalance i udskillelse, osmotisk dekompensation, generel lammelse og endelig død.

På grund af toksinets virkning opstår der alvorlig skade i tarmvævet, der forhindrer dets funktion og påvirker assimilering af næringsstoffer.

"Caenorhabditis elegans" tarm inficeret med "Bacillus thuringiensis '. Kilde: www.researchgate.net

Det er blevet overvejet, at insektets død kunne være forårsaget af spiring af sporer og spredning af vegetative celler i hemocele af insektet.

Det menes imidlertid, at dødeligheden mere afhænger af virkningen af ​​kommensale bakterier, der befinder sig i insektens tarm, og at efter handlingen af ​​toksinet fra B. thuringiensis ville være i stand til at forårsage septikæmi.

Gift fra B. thuringiensis Det påvirker ikke hvirveldyr, fordi fordøjelsen af ​​mad i sidstnævnte finder sted i sure miljøer, hvor toksinet ikke aktiveres.

Dens høje specificitet i insekter skiller sig ud, især kendt for Lepidoptera. Det betragtes som uskadeligt for det meste af entomofauna og har ingen skadelig virkning på planter, det vil sige, det er ikke fytotoksisk.

Referencer

  1. Hoffe, H. og Whiteley, H. (1989, juni). Insekticide krystalproteiner fra Bacillus thuringiensis. Mikrobiologisk gennemgang. 53 (2). 242-255.
  2. Martin, P. og Travers, R. (1989, oktober). Verdensomspændende overflod og distribution af Bacillus thuringiensis Anvendt og miljømæssig mikrobiologi. 55 (10). 2437-2442.
  3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. og Yeon, H. (2007). Bacillus thuringiensis som et specifikt, sikkert og effektivt værktøj til insektbekæmpelsesbekæmpelse. Tidsskrift for mikrobiologi og bioteknologi. 17 (4). 547-559
  4. Sauka, D. og Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: generaliteter. En tilgang til dets anvendelse i biokontrol af lepidopteran insekter, der er skadedyr i landbruget. Argentinsk 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 pesticide krystalprotein. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 62 (3). 775-806.
  6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. og Villalobos, S. (2018, januar). Slægten Bacillus som biologiske kontrolmidler og deres implikationer for landbrugets biosikkerhed. Mexicansk tidsskrift for fytopatologi. Online udstationering.

Endnu ingen kommentarer