Definition
Bacillus subtilis, høbacillus eller græsbacillus var en af de første Gram-positive bakterier, der blev undersøgt. Det er en aerob, stavformet sporedannende mikroorganisme, der kan spredes i ekstrem kulde, varme og selv i desinficerede miljøer. Den overføres til dyrs og menneskers mave-tarmkanaler via jorden. Der findes mere end 200 Bacillus-arter, hvoraf de fleste ikke forårsager sygdom. Ikke-patogene former anvendes ofte i bioteknologisektoren, herunder Bacillus subtilis.
Bacillus subtilis morfologi
Bacillus subtilis morfologi beskriver stavformede, Gram-positive bakterier, der viser sig på både positive og negative Gram-færgeteknikker. En bakteriestang er en symmetrisk cylinder med afrundede ender. En betydelig trykforskel på tværs af cytoplasmamembranen presser cellevæggen ind i en bestemt form.
Bacillus subtilis-bakterier har stive cellevægge, der består af et tykt peptidoglykan (sukker- og aminosyremolekyle) kaldet murein. Denne stivhed er med til at opretholde cellens stavform og kan modstå et højt intracellulært tryk. Billedet nedenfor viser, hvordan Gram-positive bakterier har et meget tykkere peptidoglykanlag (i lilla).
B. subtilis indeholder kun ét dobbeltstrenget DNA-molekyle, der er indeholdt i et cirkulært kromosom. Et cirkulært kromosom er typisk for bakterier, mitokondrier og planternes kloroplaster. Nyligt opdagede filamentdannende proteiner løber langs den længere akse af stavformede celler og skubber oprindeligt og replikeret DNA til hver sin ende under celledeling. Stavformen hjælper også bakterier med at glide eller bevæge sig gennem vandige miljøer og giver regelmæssige byggestenformer, der gør det lettere at danne biofilm.
Bakteriegrupper kan kategoriseres i henhold til specifikke arrangementer. Et arrangement er et mikrobiologisk begreb, der henviser til artsspecifikke bakteriesamfund. Et arrangement kan f.eks. være to (diplo) bakterier, kæder (strepto) eller palisader (side-til-side klynger). B. subtilis er oftest singulær i arrangement.
Gram-farven, der er opkaldt efter dens udvikler Hans Christian Gram, er en metode til morfologisk identifikation. I Gram-positive bakteriestammer bliver peptidoglykanet i cellevæggen purpurblå, når det farves med krystalviolet. Denne reaktion forekommer også hos Gram-negative bakterier; det betydeligt lavere indhold af peptidoglykan betyder dog, at celleprøverne ikke forbliver lilla, når der tilsættes en lyserød modfarve (safranin)
Gram-positive baciller er stavformede, sporeproducerende arter, der kan overleve i ekstremt barske miljøer i lange perioder. Det skyldes, at disse bakterier (herunder B. subtilis ) under stress omdanner sig til sporer og bliver hvilende. En koloni af Bacillus subtilis overlevede på ydersiden af en NASA-satellit i seks år.
Koloni-morfologien hos B. subtilis henviser til, hvordan den fremstår i store mængder. Som gruppe observeres denne bakterie som takkede grene af uigennemsigtigt hvidt eller bleggult fnug.
Bacillus subtilis Anvendelser
B. subtilis anvendelser omfatter forskning og delvist bevist inddragelse i kosttilskud. Laboratorier bruger B. subtilis, når de undersøger og finder nye behandlinger for infektioner. Bakterien anvendes også i sundheds- og restaurationsbranchen, især når man tester, hvor rene visse arbejdsflader og materialer er. Du kan også se Bacillus subtilis opført på etiketten på mange probiotika.
Den mest interessante af denne bakteries potentielle anvendelsesmuligheder er dog som et alternativ til antimikrobielle lægemidler. Med den stigende antibiotikaresistens får nye behandlingsformer mod bakterieinfektioner stor opmærksomhed. B. subtilis’ evne til at producere bakteriociner – peptider, der har antimikrobiel aktivitet – gør den til en potentiel behandling mod bakterieinfektioner.
Bakteriociner kan modstå store temperatursvingninger og bremse væksten af eller endda ødelægge kolonier af andre typer bakterier. Denne tekst fortæller os, at op til 5 % af B. subtilis-genomet er dedikeret til produktion af antimikrobielle forbindelser (AMC’er). Det giver forskerne en masse materiale at arbejde med i kapløbet om at fremstille et bakteriocid, som sygdomsfremkaldende bakterier ikke bliver resistente over for.
Bakteriociner fra B. subtilis omfatter det lanthioninholdige peptidantibiotikum (lantibiotisk peptid), kaldet subtilin, og et antibiotikum kaldet subtilosin. Subtilosin har dokumenteret antimikrobiel aktivitet mod Gram-negative og Gram-positive bakterier samt anaerobe og aerobe mikroorganismer. Det er særlig effektivt mod Enterococcus faecalis, Enterobacter aerogenes, Streptococcus pyogenes og Shigella sonnei. Subtilin har en tendens til at virke mere effektivt mod gramnegative bakterier og svampe. Begge kræver tilstedeværelse af en zinkcofaktor for at være effektive.
Bacillus subtilis bakteriociner kan påvirke et meget bredere udvalg af potentielt patogene bakterier end bakteriocinerne fra andre, mere almindeligt anvendte bakterier som f.eks. Lactobacillus. Forskere har med succes brugt Bacillus subtilis-bakteriociner til at behandle diabetiske fodsår. Mens den nuværende forskning i intravenøs, intranasal, intraperitoneal og subkutan bakteriocinmedicin stadig er i testfasen, er disse intracellulære antibakterielle midler allerede kommet på supermarkedernes hylder som B. subtilis-holdige probiotiske drikkevarer eller piller.
TProbiotiske kosttilskud er billige at fremstille og kræver ikke køling, når de er emballeret i form af sporer. Når de først er kommet ind i tarmen, bliver disse sporer aktive og koloniserer. Da Bacillus subtilis biofilm i ormens tarme synes at forlænge ormens levetid, håber mange menneskelige brugere på den samme effekt.
En anden anvendelse af B. subtilis er i spildevandsrensning. Spildevand skal have sin pH normaliseret, have lavere koncentrationer af kemisk iltforbrug (COD) og total koncentration af suspenderet stof (TSS) og være fri for overskydende klorid. I laboratoriet var naturligt forekommende B. subtilis-enzymer i stand til at normalisere pH-værdien, reducere COD med over 87 %, sænke TSS med over 90 % og fjerne næsten 50 % af klorid. Disse resultater har bidraget til nye biologiske nedbrydningsteknikker til spildevands- og spildevandsbehandling og har været med til at udvikle en proces, der er kendt som bioaugmentering.
Bacillus subtilis kan også nedbryde polyethylen (plastpolymerer). B. subtilis og nogle få andre bakterietyper er i stand til at bruge polyethylen som deres eneste kulstof (energikilde). Efterhånden som disse bakterier udvinder kulstof og producerer varme, nedbrydes plastpolymererne langsomt.
Suden støtte fra syntetiske kemikalier er B. subtilis ikke den hurtigste stamme – den reducerer plast med ca. 1,75 % i tørvægt over en periode på 30 dage. Men når den er parret med en anden bakterie kaldet Pseudomonas aeruginosa, klarer begge typer bakterier sig mere effektivt.
Fremtiden kan byde på en løsning på mikroplast i form af specifikke bakteriekombinationer, hvor man på samme måde som vi kombinerer cytotoksiske lægemidler til at bekæmpe specifikke former for kræft, kan kombinationer, der nedbryder plastik, bruges til at nedbryde forskellige typer polyethylen.
