BACILLUS THURINGIENSIS: OMINAISUUDET, MORFOLOGIA, ELINKAARI - BIOLOGIA - 2026

Bacillus thuringiensis on bakteeri, joka kuuluu suureen ryhmään gram-positiivisia bakteereja, jotkut patogeeniset ja toiset täysin vaarattomia. Se on yksi bakteereista, joita on tutkittu eniten sen hyödyllisyyden vuoksi maataloudessa.

Tämä hyödyllisyys on siinä, että tällä bakteerilla on erityispiirteet tuottaa itiöintivaiheessaan kiteitä, jotka sisältävät proteiineja, jotka osoittautuvat myrkyllisiksi tietyille hyönteisille, jotka muodostavat todellisia tuholaisia ​​kasveille.

B. thuringiensis -toksiinin kiteet. Kirjoittaja: Jim Buckman on hyvitetty ja alkuperäinen lähettäjä on PRJohnston. (w: fi: Kuva: Bacillus thuringiensis.JPG) Wikimedia Commonsin kautta

Bacillus thuringiensisin merkittävimpiä ominaisuuksia ovat sen korkea spesifisyys, sen vaarattomuus ihmisille, kasveille ja eläimille sekä minimaalinen jäännös. Nämä ominaisuudet antoivat sille mahdollisuuden asettua yhdeksi parhaimmista vaihtoehdoista kasvussa kärsineiden tuholaisten käsittelyyn ja torjuntaan.

Tämän bakteerin onnistunut käyttö tuli ilmeiseksi vuonna 1938, kun ensimmäinen itiöillä valmistettu torjunta-aine syntyi. Siitä lähtien historia on ollut pitkä ja sen kautta Bacillus thuringiensis on vahvistettu yhdeksi parhaimmista vaihtoehdoista maataloustuholaisten torjunnassa.

Taksonomia

Bacillus thuringiensisin taksonominen luokittelu on:

Toimialue: Bakteerit

Turvapaikka: Firmicutes

Luokka: Bacilli

Järjestys: Bacillales

Perhe: Bacillaceae

Sukupuu: Bacillus

Laji: Bacillus thuringiensis

Morfologia

Ne ovat sauvan muotoisia bakteereja, joiden päät ovat pyöreät. Ne esittävät hapanta pilkostustavan, jossa silput ovat jakautuneet koko solun pintaan.

Sen mitat ovat 3 - 5 mikronia pitkä ja leveys 1 - 1,2 mikronia. Heidän kokeellisissa viljelmissä havaitaan pyöreät pesäkkeet, joiden halkaisija on 3–8 mm, säännöllisillä reunoilla ja ”hiomalasin” ulkonäköllä.

Kun niitä tarkkaillaan elektronimikroskoopilla, havaitaan tyypillisiä pitkänomaisia ​​soluja, jotka yhdistyvät lyhyinä ketjuina.

Tämä bakteerilaji tuottaa itiöitä, joilla on ominainen ellipsoidinen muoto ja jotka sijaitsevat solun keskiosassa aiheuttamatta sen muodonmuutosta.

Yleispiirteet, yleiset piirteet

Ensinnäkin Bacillus thuringiensis on gram-positiivinen bakteeri, mikä tarkoittaa, että gram-värjäysprosessin aikana se saa violetin värin.

Samoin se on bakteeri, jolle on tunnusomaista sen kyky kolonisoida erilaisia ​​ympäristöjä. Sitä on voitu eristää kaikentyyppisistä maaperistä. Sillä on laaja maantieteellinen jakauma, ja sitä on löydetty jopa Antarktikasta, joka on yksi planeetan vihamielisimmistä ympäristöistä.

Sillä on aktiivinen aineenvaihdunta, ja se pystyy fermentoimaan hiilihydraatteja kuten glukoosia, fruktoosia, riboosia, maltoosia ja trehaloosia. Se voi myös hydrolysoida tärkkelyksen, gelatiinin, glykogeenin ja N-asetyyliglukosamiinin.

Samassa suussa Bacillus thuringiensis on katalaasipositiivinen, koska se pystyy hajottamaan vetyperoksidin veteen ja happea.

Kun sitä on viljelty veriagar-väliaineessa, beeta-hemolyysi on havaittu, mikä tarkoittaa, että tämä bakteeri pystyy tuhoamaan erytrosyytit kokonaan.

Kasvuun liittyvien ympäristövaatimusten suhteen se vaatii lämpötilan 10-15 ° C - 40 - 45 ° C. Samoin sen optimaalinen pH on välillä 5,7 - 7.

Bacillus thuringiensis on tiukka aerobinen bakteeri. Sen on oltava ympäristössä, jossa happea on runsaasti.

Bacillus thuringiensikselle on erottuva ominaisuus, että itiöprosessin aikana se tuottaa kiteitä, jotka koostuvat deltatoksiiniksi tunnetusta proteiinista. Näissä kahdessa ryhmässä on tunnistettu: Cry ja Cyt.

Tämä toksiini voi aiheuttaa tiettyjen hyönteisten kuoleman, jotka ovat todellisia tuholaisia ​​erityyppisille kasveille.

Elinkaari

B. thuringiensiksellä on elinkaari, jossa on kaksi vaihetta: yhdelle niistä on ominaista vegetatiivinen kasvu, toiselle itiöinti. Ensimmäinen niistä esiintyy suotuisissa kehitysolosuhteissa, kuten ravintoravinteisissa ympäristöissä, toinen epäsuotuisissa olosuhteissa, joissa on pulaa ravintoalustasta.

Hyönteisten, kuten perhosten, kovakuoriaisten tai kärpästen toukat voivat ruokkia muun muassa lehtiä, hedelmiä tai muita kasvinosia syöttäessä bakteerin B. thuringiensis endospooria.

Hyönteisen ruuansulatuksessa sen emäksisten ominaisuuksiensa vuoksi bakteerin kiteytynyt proteiini liukenee ja aktivoituu. Proteiini sitoutuu hyönteisen suolesolujen reseptoriin muodostaen huokosen, joka vaikuttaa elektrolyyttitasapainoon aiheuttaen hyönteisen kuoleman.

Siten bakteeri käyttää kuolleen hyönteisen kudoksia ruokintaan, lisääntymiseen ja uusien itiöiden muodostamiseen, jotka tartuttavat uusia isäntiä.

myrkky

B. thuringiensiksen tuottamilla toksiineilla on erittäin spesifinen vaikutus selkärangattomiin ja ne ovat vaarattomia selkärankaisilla. B. thuringensiksen parapaporaalisilla sulkemisilla on erilaisia ​​proteiineja, joilla on monipuolinen ja synergistinen aktiivisuus.

B. thuringienisisellä on useita virulenssitekijöitä, joihin kuuluvat delta-endotoksiinien Cry ja Cyt lisäksi tietyt alfa- ja beeta-eksotoksiinit, kitinaasit, enterotoksiinit, fosfolipaasit ja hemolysiinit, jotka lisäävät sen tehokkuutta entomopatogeeninä.

B. thuringiensiksen myrkylliset proteiinikiteet hajoavat maaperässä mikrobien vaikutuksella, ja ne voidaan denaturoida auringonsäteilyn esiintymisellä.

Käyttö tuholaistorjunnassa

Bacillus thuringiensiksen entomopatogeenistä potentiaalia on hyödynnetty voimakkaasti yli 50 vuoden ajan kasvien suojelemiseksi.

Biotekniikan kehityksen ja siinä tapahtuneen kehityksen ansiosta tätä toksista vaikutusta on voitu käyttää kahdella pääreitillä: suoraan viljelykasveihin käytettävien torjunta-aineiden tuotannolla ja siirtogeenisten elintarvikkeiden luomisella.

Toksiinin vaikutustapa

Tämän bakteerin merkityksen ymmärtämiseksi tuholaistorjunnassa on tärkeää tietää, kuinka toksiini hyökkää hyönteisen vartaloon.

Sen toimintamekanismi on jaettu neljään vaiheeseen:

Cryprotoksiinin liuottaminen ja prosessointi: hyönteisten toukkien nautit kiteet liukenevat suolistossa. Läsnä olevien proteaasien vaikutuksesta ne muuttuvat aktiivisiksi toksiineiksi. Nämä toksiinit läpäisevät ns. Peritrofisen kalvon (suolen epiteelin solujen suojakalvo).

Sitoutuminen reseptoreihin: toksiinit sitoutuvat spesifisiin kohtiin, jotka sijaitsevat hyönteisen suolistosolujen mikroviineissä.

Lisäys kalvoon ja huokosten muodostuminen: Cry-proteiinit työntyvät kalvoon ja aiheuttavat kudoksen täydellisen tuhoutumisen muodostamalla ionikanavia.

Sytolyysi: suolesolujen kuolema. Tämä tapahtuu useiden mekanismien kautta, joista tunnetuimpia ovat osmoottinen sytolyysi ja pH-tasapainoa ylläpitävän järjestelmän inaktivointi.

Bacillus thuringiensis

Kun bakteerien tuottamien proteiinien toksinen vaikutus oli varmistettu, tutkittiin niiden mahdollista käyttöä tuholaisten torjunnassa kasveissa.

Näiden bakteerien tuottaman toksiinin torjunta-aineominaisuuksien määrittämiseksi on tehty monia tutkimuksia. Näiden tutkimusten positiivisten tulosten takia Bacillus thuringiensis -bakteerista on tullut maailmanlaajuisesti eniten käytetty biologinen hyönteismyrkky torjumaan tuholaisia, jotka vahingoittavat ja vaikuttavat kielteisesti eri kasveihin.

Lähde: Pixabay.com

Bacillus thuringiensis -pohjaiset bioinsektisidit ovat kehittyneet ajan myötä. Ensimmäisistä, jotka sisälsivät vain itiöitä ja kiteitä, niihin, jotka tunnetaan nimellä kolmas sukupolvi ja jotka sisältävät rekombinanttibakteereita, jotka tuottavat bt-toksiinin ja joilla on etuja, kuten pääsy kasvien kudoksiin.

Tämän bakteerin tuottaman toksiinin merkitys on, että se ei ole tehokas vain hyönteisiä vastaan, vaan myös muita organismeja, kuten nematodeja, alkueläimiä ja trematodeja vastaan.

On tärkeää selventää, että tämä toksiini on täysin vaaraton muun tyyppisissä elävissä olennoissa, kuten selkärankaisissa, ryhmässä, johon ihmiset kuuluvat. Tämä johtuu siitä, että ruuansulatusjärjestelmän sisäiset olosuhteet eivät ole ihanteellisia sen lisääntymiselle ja vaikutukselle.

Bacillus thuringiensis

Teknologisen kehityksen, etenkin yhdistelmä-DNA-tekniikan kehittämisen ansiosta on ollut mahdollista luoda kasveja, jotka ovat geneettisesti immuuneja satoihin tuhoavien hyönteisten vaikutuksille. Nämä kasvit tunnetaan yleisesti siirtogeenisinä elintarvikkeina tai geneettisesti muunnettuina organismeina.

Tämä tekniikka koostuu tunnistamalla bakteerin genomissa geenisekvenssi, joka koodaa myrkyllisten proteiinien ilmentymistä. Nämä geenit siirretään myöhemmin hoidettavan kasvin genomiin.

Kun kasvi kasvaa ja kehittyy, se alkaa syntetisoida toksiinia, jonka aikaisemmin tuotti Bacillus thuringiensis, ja on sitten immuuni hyönteisten vaikutukselle.

Tätä tekniikkaa on käytetty useita laitoksia. Näitä ovat maissi, puuvilla, perunat ja soijapavut. Nämä kasvit tunnetaan nimellä bt maissi, bt puuvilla jne.

Tietenkin nämä siirtogeeniset ruuat ovat aiheuttaneet jonkin verran huolta väestölle. Yhdysvaltojen ympäristökeskuksen julkaisemassa raportissa kuitenkin todettiin, että näillä elintarvikkeilla ei ole tähän mennessä ilmennyt minkään tyyppistä toksisuutta tai vahinkoa ihmisille tai korkeammille eläimille.

Vaikutukset hyönteiseen

B. thuringiensiksen kiteet liukenevat hyönteisen suolistossa korkealla pH: lla ja alkuaineilla, ja muut entsyymit ja proteiinit vapautuvat. Siten protoksiinista tulee aktiivisia toksiineja, jotka sitoutuvat erikoistuneisiin reseptorimolekyyleihin suolen soluissa.

B. thuringiensiksen toksiini tuottaa hyönteisten nielemisen, suoliston halvauksen, oksentelun, erittymisen epätasapainon, osmoottisen dekompensaation, yleisen halvauksen ja lopulta kuoleman.

Toksiinin vaikutuksesta suolikudoksessa esiintyy vakavia vaurioita, jotka estävät sen toimintaa ja vaikuttavat ravintoaineiden omaksumiseen.

'Caenorhabditis elegans' -bakteerin suolisto, joka on saastunut 'Bacillus thuringiensis'llä. Lähde: www.researchgate.net

On katsottu, että hyönteisen kuolema voi johtua itiöiden itämisestä ja vegetatiivisten solujen lisääntymisestä hyönteisen hemokelissa.

Uskotaan kuitenkin, että kuolleisuus riippuisi enemmän hyönteisen suolistossa elävien commensal-bakteerien vaikutuksesta ja että B. thuringiensis -toksiinin vaikutuksen jälkeen ne kykenisivät aiheuttamaan septikemiaa.

B. thuringiensis -toksiini ei vaikuta selkärankaisiin, koska jälkimmäisessä elintarvikkeiden sulaminen tapahtuu happamissa väliaineissa, joissa toksiinia ei aktivoida.

Sen korkea spesifisyys hyönteisissä erottuu, tunnetaan erityisesti Lepidopterasta. Sitä pidetään vaarattomana suurimmalle osalle entomofaunasta eikä sillä ole haitallisia vaikutuksia kasveihin, ts. Se ei ole fytotoksinen.

Viitteet

1. Hoffe, H. ja Whiteley, H. (1989, kesäkuu). Bacillus thuringiensis -bakteerin hyönteismyrkkyproteiinit. Mikrobiologinen katsaus. 53 (2). 242-255.
2. Martin, P. ja Travers, R. (1989, lokakuu). Bacillus thuringiensis -sovelluksen ja ympäristömikrobiologian maailmanlaajuinen runsaus ja leviäminen. 55 (10). 2437-2442.
3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. ja Yeon, H. (2007), Bacillus thuringiensis erityisenä, turvallisena ja tehokkaana välineenä hyönteisten torjunnassa. Journal of Microbiology and Biotechnology, 17 (4). 547-559
4. Sauka, D. ja Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: yleisyydet. Lähestymistapa sen käytölle maatalouden tuholaisten lepidopteran-hyönteisten biokontrollissa. Argentiinan lehti mikrobiologiasta. 40. 124 - 140
5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. ja Dean H. (1998, syyskuu). Bacillus thuringiensis ja sen pestisidinen kideproteiini. Mikrobiologian ja molekyylibiologian arvostelut. 62 (3). 775-806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. ja Villalobos, S. (2018, tammikuu). Bacillus-suvut biologisina torjunta-aineina ja niiden vaikutukset maatalouden biologiseen turvallisuuteen. Mexican Journal of Phytopathology. Verkkojulkaisu.