Definice
Bacillus subtilis, senný bacil nebo travní bacil byl jednou z prvních studovaných grampozitivních bakterií. Jedná se o aerobní tyčinkovitý mikroorganismus tvořící spory, který se může šířit v extrémním chladu, teple a dokonce i v dezinfikovaném prostředí. Do trávicího traktu zvířat a lidí se přenáší prostřednictvím půdy. Existuje více než 200 druhů Bacillus; většina z nich nezpůsobuje onemocnění. V biotechnologiích se často používají nepatogenní formy, včetně Bacillus subtilis.
Morfologie Bacillus subtilis
Morfologie Bacillus subtilis popisuje tyčinkovité, grampozitivní bakterie, které se projevují při pozitivním i negativním barvení podle Grama. Bakteriální tyčinka je symetrický válec se zaoblenými konci. Výrazný rozdíl tlaku přes cytoplazmatickou membránu tlačí buněčnou stěnu do specifického tvaru.
Bakterie Bacillus subtilis mají tuhé buněčné stěny složené ze silného peptidoglykanu (molekula cukru a aminokyseliny) zvaného murein. Tato tuhost pomáhá udržovat tyčinkovitý tvar buňky a odolává vysokému nitrobuněčnému tlaku. Na obrázku níže je vidět, že grampozitivní bakterie mají mnohem silnější vrstvu peptidoglykanu (fialově).
B. subtilis obsahuje pouze jednu dvouřetězcovou molekulu DNA obsaženou v kruhovém chromozomu. Kruhový chromozom je typický pro bakterie, mitochondrie a rostlinné chloroplasty. Nedávno objevené proteiny tvořící vlákna probíhají podél delší osy tyčinkovitých buněk a během buněčného dělení posouvají původní a replikovanou DNA na každý konec. Tyčinkovitý tvar také pomáhá bakteriím klouzat nebo se pohybovat ve vodním prostředí a poskytuje pravidelné tvary stavebních kamenů, které usnadňují tvorbu biofilmu.
Bakterie lze rozdělit do skupin podle specifického uspořádání. Uspořádání je mikrobiologický termín, který označuje druhově specifická společenstva bakterií. Uspořádáním mohou být například dvě (diplo) bakterie, řetězce (strepto) nebo palisády (shluky ze strany na stranu). B. subtilis má nejčastěji uspořádání singulární.
Barvení podle Grama, pojmenované podle svého tvůrce Hanse Christiana Grama, je metoda morfologické identifikace. U Grampozitivních kmenů bakterií se peptidoglykan v buněčné stěně při barvení krystalovou violetí zbarví purpurově modře. K této reakci dochází i u gramnegativních bakterií, avšak díky výrazně nižšímu obsahu peptidoglykanu nezůstávají vzorky buněk po přidání růžového protibarviva (safraninu) fialové.
Gram-pozitivní bacily jsou tyčinkovité druhy produkující spory, které mohou dlouhodobě přežívat v extrémně drsném prostředí. Je to proto, že při stresu se tyto bakterie (včetně B. subtilis ) přemění na spory a stanou se neaktivními. Kolonie Bacillus subtilis přežila na vnější straně satelitu NASA šest let.
Morfologie kolonií B. subtilis se týká toho, jak vypadají ve velkém množství. Jako skupina je tato bakterie pozorována jako zubaté větve neprůhledného bílého nebo světle žlutého chmýří.
Bacillus Subtilis Použití
Použití B. subtilis zahrnuje výzkum a částečně prokázané zařazení do doplňků stravy. Laboratoře používají B. subtilis při studiu a hledání nových způsobů léčby infekcí. Bakterie se používá také ve zdravotnictví a gastronomii, zejména při testování čistoty některých pracovních povrchů a materiálů. Bacillus subtilis můžete vidět i na etiketě mnoha probiotik.
Nejzajímavější z možných využití této bakterie je však jako alternativa antimikrobiálních léčiv. Vzhledem k rostoucí rezistenci vůči antibiotikům je novým způsobům léčby bakteriálních infekcí věnována velká pozornost. Schopnost B. subtilis produkovat bakteriociny – peptidy, které mají antimikrobiální aktivitu – z ní činí potenciální léčivo proti bakteriálním infekcím.
Bakteriociny mohou odolávat širokým výkyvům teplot a zpomalovat růst nebo dokonce ničit kolonie jiných druhů bakterií. Z tohoto textu se dozvídáme, že až 5 % genomu B. subtilis je věnováno produkci antimikrobiálních sloučenin (AMC). To dává vědcům spoustu materiálu, se kterým mohou pracovat v závodě o výrobu bakteriocidu, vůči kterému se patogenní bakterie nestanou rezistentní.
Bakteriociny z B. subtilis zahrnují peptidové antibiotikum obsahující lanthionin (lantibiotický peptid) zvané subtilin a antibiotikum zvané subtilosin. Subtilosin má prokázanou antimikrobiální aktivitu proti gramnegativním a grampozitivním bakteriím i anaerobním a aerobním mikroorganismům. Je zvláště účinný proti Enterococcus faecalis, Enterobacter aerogenes, Streptococcus pyogenes a Shigella sonnei. Subtilin má tendenci účinněji působit proti gramnegativním bakteriím a plísním. Oba vyžadují přítomnost zinkového kofaktoru, aby byly účinné.
Bakteriociny Bacillus subtilis mohou působit na mnohem širší spektrum potenciálně patogenních bakterií než bakteriociny jiných, častěji používaných bakterií, jako je např. Vědci úspěšně použili bakteriociny Bacillus subtilis k léčbě diabetických vředů na nohou. Zatímco současný výzkum intravenózních, intranazálních, intraperitoneálních a subkutánních bakteriocinů je stále ve fázi testování, tyto intracelulární antibakteriální látky se již dostaly na pulty supermarketů v podobě probiotických nápojů nebo tablet obsahujících B. subtilis.
TProbiotické doplňky stravy jsou levné na výrobu a nevyžadují chlazení, pokud jsou baleny ve formě spor. Jakmile se tyto spory dostanou do střeva, začnou být aktivní a kolonizují. Protože se zdá, že biofilmy Bacillus subtilis ve střevech červů prodlužují jejich životnost, mnoho lidských uživatelů doufá ve stejný účinek.
Dalším využitím B. subtilis je čištění odpadních vod. Odpadní voda musí mít normalizované pH, nižší chemickou spotřebu kyslíku (CHSK) a celkovou koncentraci nerozpuštěných látek (TSS) a nesmí obsahovat nadbytek chloridů. V laboratoři byly přirozeně se vyskytující enzymy B. subtilis schopny normalizovat pH, snížit CHSK o více než 87 %, snížit TSS o více než 90 % a odstranit téměř 50 % chloridů. Tyto výsledky přispěly k novým biodegradačním technikám pro čištění kanalizace a odpadních vod a pomohly vyvinout proces známý jako bioaugmentace.
Bacillus subtilis může také rozkládat polyethylen (plastové polymery). B. subtilis a několik dalších typů bakterií jsou schopny využívat polyethylen jako jediný zdroj uhlíku (energie). Jak tyto bakterie získávají uhlík a produkují teplo, plastové polymery se pomalu rozkládají.
Bez podpory syntetických chemikálií není B. subtilis nejrychlejším kmenem – během 30 dnů sníží hmotnost suchého plastu přibližně o 1,75 %. Ve spojení s další bakterií Pseudomonas aeruginosa však oba typy bakterií fungují efektivněji.
Budoucnost může poskytnout řešení pro mikroplasty v podobě specifických bakteriálních kombinací, kdy podobně jako kombinujeme cytotoxické léky v boji proti specifickým formám rakoviny, lze kombinace trávící plasty použít k rozkladu různých typů polyethylenu.
Bibliografie
.