Bacillus subtilis
Bacillus subtilis | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Bacillus subtilis (barwienie wici) | ||||||||||||
Systematyka | ||||||||||||
| ||||||||||||
Nazwa naukowa | ||||||||||||
Bacillus subtilis | ||||||||||||
( Ehrenberg 1835) Cohn 1872 |
Bacillus subtilis (łac Bacillus , pręty, subtilis , drobne, proste) lub siano Bacillus jest powszechną bakterii Gram-dodatnich , w kształcie pręta, flagellated gleby bakteria . Jak wszystkie bakterie z rodzaju Bacillus , B. subtilis jest fakultatywnierosnącą tlenowo formą przetrwalników .
funkcje
B. subtilis w kształcie pręcika ma zwykle wielkość około 2 do 3 µm, grubość około 0,7 do 0,8 µm. Jego zarodniki są eliptyczne o długości od 1 do 1,5 µm i szerokości od 0,6 do 0,9 µm. Komórki są perytryczne , więc są wielokrotnie biczowane i rozprowadzane po całej komórce, dzięki czemu mogą się szybko poruszać. Bakteria otoczona jest ścianą komórkową gram-dodatnią .
Styl życia i fizjologia
B. subtilis jest wszechobecna i może być izolowana z gleby, kurzu i powietrza. Jako zarodek glebowy często występuje na roślinach i materiale roślinnym.
Nazwa Bacillus siana wskazuje, że można ją łatwo wzbogacić w tzw. napar z siana . Czas generacji to ok. 45 minut przy optymalnym zaopatrzeniu w składniki odżywcze, optymalnym dotlenieniu i optymalnej temperaturze wzrostu 40°C.
d. B. subtilis odżywia się chemoorgano-heterotroficznie . Innymi słowy, wykorzystuje składniki odżywcze wytwarzane przez inne żywe istoty do wytwarzania energii i własnej substancji organizmu. B. subtilis kolonizuje zarówno ryzosferę, jak i górne warstwy gleby. Jako typowa bakteria gnilna przyczynia się do powrotu substancji organicznych do cyklu pokarmowego. Ma dużą arsenał glukany (cukrów polimerowych połączonych) oraz proteazy ( białkiem degradującego enzymów ), które są wywożone z komórki, gdy wymagane.
Dekstroza ( glukoza ) jest preferowanym źródłem węgla i energii . W odpowiednim stężeniu glukoza zapobiega aktywacji genów, których produkty wprowadzają do metabolizmu inne źródła węgla. W przypadku braku glukozy można również stosować inne cukry lub substraty zawierające węgiel ( represja kataboliczna ).
Tlen jest preferowanym terminalnym akceptorem elektronów ( oddychanie komórkowe ) do wytwarzania energii . Również tutaj zastosowanie alternatywnych możliwych podłoży jest wykluczone w przypadku dopływu tlenu. W warunkach beztlenowych komórki wciąż mogą generować wystarczającą ilość energii do powolnego wzrostu w obecności glukozy i azotanów. Jeśli nie są dostępne żadne substraty, które można wykorzystać jako akceptory elektronów, B. subtilis jest w stanie przetrwać wyłącznie poprzez metabolizm fermentacyjny z produkcją kwasu mlekowego , etanolu , acetoiny i 2,3-butanodiolu .
B. subtilis stara się omijać niekorzystne warunki środowiskowe poprzez aktywne poruszanie się za pomocą swojej plagi. Ponadto, jako komórka aktywna wegetatywnie , B. subtilis może radzić sobie z wahaniami czynników środowiskowych poprzez tak zwaną ogólną reakcję na stres. Ostatecznie B. subtilis może tworzyć endospory poprzez nietypowy program podziału komórek, który trwa przez długi czas - aczkolwiek z porzuceniem niszy ekologicznej i eliminacją z procesów ewolucyjnych. W mikroskopie świetlnym zarodniki lub prespory w komórkach zarodnikujących mogą być postrzegane jako silnie załamujące światło, owalne struktury, nawet bez zabarwienia.
Kolejną cechą charakterystyczną jest rozwój kompetencji . Kompetencja u bakterii oznacza zdolność do przyjmowania zewnątrzkomórkowego (obcego) DNA i integrowania go w celu rozszerzenia własnego genomu lub wykorzystania go do odżywiania.
Systematyka
Taksonomicznie , B. subtilis jest jednym z eubakterie ( bakterie ), bardziej dokładnie do Gram-dodatnich, Firmicutes . Nie jest on przypisany do klasy z Bacilli (niska zawartość GC ). Ta klasa obejmuje rząd Bacillales i Lactobacillales ( bakterie kwasu mlekowego ). Aby kolejności Bacillales m.in. należących rodzinę z Bacillaceae do rodzaju Bacillus , które obejmują około 150 gatunków (Claus & Berkeley, 1986). Ponadto rodziny Staphylococcaceae i Listeriaceae również należą do rzędu Bacillales. Filogenetyczne bliskość patogenów , takich jak gronkowce i Listeria sprawia, B. subtilis, szczególnie interesujące do badań biologii molekularnej i medycyny.
W 1999 roku nastąpił podział na podgatunki , z których trzy są obecnie (stan na 2014) znane:
- B. subtilis subsp. inaquosorum Rooney et al. 2009
- B. subtilis subsp. spizizenii Nakamura i in. 1999
- B. subtilis subsp. subtilis ( Ehrenberg 1835) Nakamura i in. 1999
B. subtilis został opisany w 1835 roku przez Christiana Gottfrieda Ehrenberga jako Vibrio subtilis (pręt zakrzywiony). W 1872 roku Ferdinand Julius Cohn przemianował go na Bacillus subtilis (pałeczki), aw 1895 roku Fischer przypisał go rodzinie o tej samej nazwie.
Grupa
Grupa Bacillus subtilis obejmuje Bacillus amyloliquefaciens , Bacillus atrophaeus , Bacillus mojavensis , Bacillus sonorensis , Bacillus tequilensis , Bacillus vallismortis i Bacillus velezensis . Ze względu na wysoce konserwatywne sekwencje DNA w kompleksie nie można ich odróżnić przy użyciu konwencjonalnego sekwencjonowania 16S rRNA . Nie jest również możliwe rozróżnienie na podstawie testów fizjologicznych i biochemicznych. Prawidłowej klasyfikacji można dokonać za pomocą MALDI-TOF MS, jeśli dostępna jest odpowiednio wyspecjalizowana baza danych.
Znaczenie dla ludzi
W badaniach B. subtilis jest wykorzystywana jako organizm modelowy do badania ściany komórkowej .
B. subtilis był wcześniej stosowany w medycynie ludzkiej do leczenia przewlekłych chorób skóry (dermatozy) lub biegunki , dyspepsji fermentacyjnej i gnilnej , zapalenia przewodu pokarmowego ( zapalenie jelit ) i zapalenia jelit. W czerwonej liście gotowych produktów leczniczych dostępnych w Niemczech od 2017 r. (Rote Liste, 2017) znajdują się tylko preparaty homeopatyczne Utilin i Utilin N bez wskazań .
Ze względu na wysoką odporność termiczną zarodników B. subtilis są one również wykorzystywane jako wskaźnik w odpowiednich procesach sterylizacji w farmacji, medycynie i przemyśle spożywczym.
W rolnictwie szczep B. subtilis QST 713 jest stosowany komercyjnie jako biologiczny pestycyd . Lipopeptydy działają grzybobójczo i zwalczają szkodniki bakteryjne. Są dopuszczone do upraw ekologicznych .
Ze względu na ich zdolność do wydzielania enzymów zewnątrzkomórkowych, B. subtilis stosuje się w przemyśle biotechnologicznym , w szczególności do wytwarzania detergentowych enzymów (na przykład subtylizyny ), ale także do syntezy ryboflawinę (witaminę B, 2 ) i antybiotyków bacytracyny .
Szczep Bacillus subtilis var. Natto jest używany do produkcji japońskich specjałów natto i podobnych potraw.
B. subtilis może być również patogenna w niezwykle rzadkich okolicznościach, np. B. ślepota ( panoftalmia ) może wystąpić w przypadku uszkodzenia oczu i wniknięcia bakterii . Ponadto, B. subtilis, można tworzyć toksyny amylosin i prowadzi do żywności zatrucia.
genetyka
B. subtilis uważana jest za najlepiej zbadaną bakterię Gram-dodatnią. W latach 1990-1997 jego genom został zbadany i całkowicie zsekwencjonowany , a strategia sekwencjonowania opierała się na istniejących mapach genów . Kolista podwójna nić DNA zawiera 4214810 par zasad ; zawartość GC wynosi 43,5%. Z całej sekwencji , 86,87% nukleotydów ma funkcję kodującą, pozostałe nukleotydy są w z. T. Regiony o znaczeniu regulacyjnym między genami. Średnio gen mierzy 890 nukleotydów.
linki internetowe
Indywidualne dowody
- ↑ Bacillus subtilis . doi : 10.1601/nm.10618 .
- ↑ Fuchs, Georg 1945-, Schlegel, Hans Günter 1924-2013, Eitinger, Thomas 1961-: Mikrobiologia ogólna . Wydanie ósme. Thieme, Stuttgart Nowy Jork 2007, ISBN 978-3-13-444608-1 , s. 51 .
- ↑ Podstawy mikrobiologii żywności: wprowadzenie . 6., ulepszona edycja. Steinkopff, Heidelberg 1986, ISBN 3-642-85350-1 , s. 16 .
- ↑ a b c d Antranikian, G. (Garabed): Applied Microbiology . Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2006, ISBN 3-540-29456-2 , s. 14 .
- ↑ Klein, Günter : Mikroteka: Bildatlas Mikrobiologie . taśma 1 . Behr, Hamburg 2007, ISBN 978-3-89947-372-8 , II.17.1.
- ↑ Shoda, Makoto: Biokontrola chorób roślin przez Bacillus subtilis: zastosowania podstawowe i praktyczne . CRC Press, Boca Raton, FL 2020, ISBN 978-0-429-63676-9 , s. 4 .
- ↑ Monika Wolf, Attila Geczi, Ortwin Simon, Rainer Borriss: Geny kodujące enzymy hydrolizujące ksylan i β-glukan w Bacillus subtilis: charakterystyka, mapowanie i budowa szczepów z niedoborem lichenazy, celulazy i ksylanazy . W: Mikrobiologia . taśma 141 , nie. 2 , 1995, ISSN 1350-0872 , str. 281-290 , doi : 10.1099 / 13500872-141-2-281 .
- ^ MM Kole, I. Draper, Donald F. Gerson: Produkcja proteazy przez Bacillus subtilis przy użyciu jednoczesnej kontroli stężenia glukozy i amonu . W: Journal of Chemical Technology & Biotechnology . taśma 41 , nie. 3 , 1988, ISSN 1097-4660 , s. 197-206 , doi : 10.1002 / jctb.280410305 .
- ↑ Patrícia H Brito, Bastien Chevreux, Cláudia R Serra, Ghislain Schyns, Adriano O Henriques, José B Pereira-Leal: Kompetencje genetyczne napędzają różnorodność genomu Bacillus subtilis . W: Biologia i ewolucja genomu . taśma 10 , nie. 1 , 2017, ISSN 1759-6653 , s. 108-124 , doi : 10.1093 / gbe / evx270 , PMID 29272410 .
- ↑ a b c d Jean Euzéby, Aidan C. Parte: Rodzaj Bacillus. W: Lista imion prokariotycznych ze statusem w nomenklaturze (LPSN). Źródło 9 sierpnia 2014 .
- ↑ Bacillus subtilis inaquosorum . doi : 10.1601/nm.14741 .
- ↑ a b Alejandro P. Rooney, Neil PJ Price, Christopher Ehrhardt, James L. Swezey, Jason D. Bannan: Filogeneza i taksonomia molekularna kompleksu gatunków Bacillus subtilis oraz opis Bacillus subtilis subsp. inaquosorum subsp. lis. W: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, . taśma 59 , nie. 10 , 2009, ISSN 1466-5026 , s. 2429-2436 , doi : 10.1099 / ijs.0.009126-0 .
- ↑ a b L. K. Nakamura, Michael S. Roberts, Frederick M. Cohan: Uwaga: Związek kladów Bacillus subtilis związanych ze szczepami 168 i W23: Propozycja dla Bacillus subtilis subsp. subtilis subsp. lis. i Bacillus subtilis subsp. spizizenii subsp. lis. W: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, . taśma 49 , nie. 3 , 1999, ISSN 1466-5026 , s. 1211-1215 , doi : 10.1099 / 00207713-49-3-1211 .
- ↑ Taksonomia podgatunku Bacillus subtilis subtilis (Ehrenberg 1835) Nakamura et al. 1999 . doi : 10.1601 / tx.4858 .
- ↑ Chien-Hsun Huang, Lina Huang, Mu-Tzu Chang, Kuo-Lung Chen: Utworzenie i zastosowanie wewnętrznej analitycznej bazy danych (IHDB) do szybkiego rozróżniania grupy Bacillus subtilis (BSG) przy użyciu pełnokomórkowego MALDI-TOF MS technologia . W: Sondy molekularne i komórkowe . taśma 30 , nie. 5 , 2016, ISSN 0890-8508 , s. 312-319 , doi : 10.1016 / j.mcp.2016.08.002 .
- ↑ M. Leaver, P. Domínguez-Cuevas, JM Coxhead, RA Daniel, J. Errington: Życie bez ściany lub maszyny do podziału w Bacillus subtilis . W: Przyroda . taśma 457 , nie. 7231 , 2009, ISSN 1476-4687 , s. 849-853 , doi : 10.1038 / nature07742 .
- ↑ TE Odlaug, RA Caputo, GS Graham: Odporność na ciepło i stabilność populacji liofilizowanych zarodników Bacillus subtilis . W: Mikrobiologia stosowana i środowiskowa . taśma 41 , nie. 6 , 1981, ISSN 0099-2240 , s. 1374-1377 , doi : 10.1128 / AEM.41.6.1374-1377.1981 , PMID 16345790 .
- ^ Zeller, Wolfgang: Materiały z 1. Międzynarodowego Sympozjum Biologicznej Kontroli Chorób Roślin Bakteryjnych: Seeheim / Darmstadt, 23-26 października 2005 . Federalny Instytut Biologiczny dla rolnictwa i leśnictwa, Berlin Braunschweig 2006, ISBN 3-930037-29-7 , s. 167 ( researchgate.net [PDF]).
- ↑ Sara Lanigan – Gerdes, Alek N. Dooley, Kym F. Faull, Beth A. Lazazzera: Identyfikacja subtylizyny, Epr i Vpr jako enzymów wytwarzających płyn mózgowo-rdzeniowy, pozakomórkowy peptyd sygnałowy Bacillus subtilis . W: Mikrobiologia molekularna . taśma 65 , nie. 5 , 2007, ISSN 1365-2958 , s. 1321-1333 , doi : 10.1111 / j.1365-2958.2007.05869.x .
- ↑ JB Perkins, A. Sloma, T. Hermann, K. Theriault, E. Zachgo, T. Earth Berger, N. Hannett, NP Chatterjee, V. Williams II, GA Rufo Jr, R. Hatch, J. Pero: inżynieria Genetyka Bacillus subtilis do komercyjnej produkcji ryboflawiny . W: Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology . taśma 22 , nie. 1 , 1999, ISSN 1476-5535 , s. 8-18 , doi : 10.1038 / sj.jim.2900587 .
- ↑ Balbina A. Johnson, Herbert Anker, Frank L. Meleney: Bacytracyna: nowy antybiotyk produkowany przez członka grupy B. Subtilis . W: Nauka . taśma 102 , nie. 2650 , 1945, ISSN 0036-8075 , s. 376-377 , doi : 10.1126 / science.102.2650.376 , PMID 17770204 .
- ↑ Masahito Hitosugi, Katsuo Hamada, Kazutaka Misaka: Wpływ produktów Bacillus subtilis var. Natto na objawy spowodowane zaburzeniami przepływu krwi u pacjentek z chorobami cywilizacyjnymi . W: International Journal of General Medicine . taśma 8 , 2015, ISSN 1178-7074 , s. 41-46 , doi : 10.2147 / IJGM.S76588 , PMID 25653551 .
- ↑ Werner Köhler (red.): Mikrobiologia medyczna. Wydanie ósme. Monachium/Jena 2001, ISBN 978-3-437-41640-8 .
- ↑ C. Apetroaie-Constantin, R. Mikkola, MA Andersson, V. Teplova, I. Suominen, T. Johansson, M. Salkinoja-Salonen: szczepy Bacillus subtilis i B. mojavensis połączone z zatruciem pokarmowym wytwarzają stabilną termicznie toksynę amylozynę . W: Journal of Applied Microbiology . taśma 106 , nr. 6 , 2009, s. 1976-1985 , doi : 10.1111 / j.1365-2672.2009.04167.x .
- ^ F. Kunst, N. Ogasawara, I. Moszer, AM Albertini, G. Alloni, V. Azevedo, MG Bertero, P. Bessières, A. Bolotin, S. Borchert, R. Borriss, L. Boursier, A. Brans , M. Braun, SC Brignell, S. Bron, S. Brouillet, CV Bruschi, B. Caldwell, V. Capuano, NM Carter, S.-K. Choi, J.-J. Codani, IF Connerton, NJ Cummings, RA Daniel, F. Denizot, KM Devine, A. Düsterhöft, SD Ehrlich, PT Emmerson, KD Entian, J. Errington, C. Fabret, E. Ferrari, D. Foulger, C. Fritz , M. Fujita, Y. Fujita, S. Fuma, A. Galizzi, N. Galleron, S.-Y. Ghim, P. Glaser, A. Goffeau, EJ Golightly, G. Grandi, G. Guiseppi, BJ Guy, K. Haga, J. Haiech, CR Harwood, A. Hénaut, H. Hilbert, S. Holsappel, S. Hosono , M.-F. Hullo, M. Itaya, L. Jones, B. Joris, D. Karamata, Y. Kasahara, M. Klaerr-Blanchard, C. Klein, Y. Kobayashi, P. Koetter, G. Koningstein, S. Krogh, M. Kumano, K. Kurita, A. Lapidus, S. Lardinois, J. Lauber, V. Lazarevic, S.-M. Lee, A. Levine, H. Liu, S. Masuda, C. Mauël, C. Médigue, N. Medina, RP Mellado, M. Mizuno, D. Moestl, S. Nakai, M. Noback, D. Noone, M. O'Reilly, K. Ogawa, A. Ogiwara, B. Oudega, S.-H. Park, V. Parro, TM Pohl, D. Portetelle, S. Porwollik, AM Prescott, E. Presecan, P. Pujic, B. Purnelle, G. Rapoport, M. Rey, S. Reynolds, M. Rieger, C. Rivolta, E. Rocha, B. Roche, M. Rose, Y. Sadaie, T. Sato, E. Scanlan, S. Schleich, R. Schroeter, F. Scoffone, J. Sekiguchi, A. Sekowska, SJ Seror, P Serror, B.-S. Shin, B. Soldo, A. Sorokin, E. Tacconi, T. Takagi, H. Takahashi, K. Takemaru, M. Takeuchi, A. Tamakoshi, T. Tanaka, P. Terpstra, A. Tognoni, V. Tosato, S. Uchiyama, M. Vandenbol, F. Vannier, A. Vassarotti, A. Viari, R. Wambutt, E. Wedler, H. Wedler, T. Weitzenegger, P. Winters, A. Wipat, H. Yamamoto, K. Yamane, K. Yasumoto, K. Yata, K. Yoshida, H.-F. Yoshikawa, E. Zumstein, H. Yoshikawa, A. Danchin: Pełna sekwencja genomu Gram-dodatniej bakterii Bacillus subtilis . W: Przyroda . taśma 390 , nie. 6657 , 1997, ISSN 1476-4687 , s. 249-256 , doi : 10.1038 / 36786 .