Määritelmä
Bacillus subtilis, heinäbacillus tai ruohobacillus oli yksi ensimmäisistä tutkituista grampositiivisista bakteereista. Se on aerobinen, sauvamainen itiöitä muodostava mikro-organismi, joka voi levitä äärimmäisessä kylmässä, kuumuudessa ja jopa desinfioiduissa ympäristöissä. Se siirtyy maaperän kautta eläinten ja ihmisten ruoansulatuskanaviin. Bacillus-lajeja on yli 200. Useimmat niistä eivät aiheuta tauteja. Biotekniikassa käytetään usein ei-patogeenisiä muotoja, kuten Bacillus subtilis.
Bacillus subtilis Morfologia
Bacillus subtilis morfologia kuvaa sauvamaisia, gram-positiivisia bakteereja, jotka näkyvät sekä positiivisessa että negatiivisessa gramvärjäyksessä. Bakteerisauva on symmetrinen sylinteri, jonka päät ovat pyöristetyt. Merkittävä paine-ero sytoplasmakalvon yli työntää soluseinän tiettyyn muotoon.
Bacillus subtilis -bakteereilla on jäykät soluseinät, jotka koostuvat paksusta peptidoglykaanista (sokeri- ja aminohappomolekyyli), jota kutsutaan mureiiniksi. Tämä jäykkyys auttaa säilyttämään solun sauvamaisen muodon ja kestää suurta solunsisäistä painetta. Alla olevassa kuvassa näkyy, että grampositiivisilla bakteereilla on paljon paksumpi peptidoglykaanikerros (violetilla).
B. subtilis -bakteerissa on vain yksi kaksisäikeinen DNA-molekyyli, joka on ympyränmuotoisen kromosomin sisällä. Pyöreä kromosomi on tyypillinen bakteereille, mitokondrioille ja kasvien kloroplastille. Hiljattain löydetyt filamentteja muodostavat proteiinit kulkevat sauvamaisen solun pidempää akselia pitkin ja työntävät alkuperäistä ja monistettua DNA:ta molempiin päihin solun jakautumisen aikana. Sauvamuoto auttaa bakteereja myös liukumaan tai liikkumaan vesipitoisissa ympäristöissä ja tarjoaa säännöllisiä rakennuspalikkamuotoja, jotka helpottavat biofilmin muodostumista.
Bakteeriryhmät voidaan luokitella tiettyjen järjestelyjen mukaan. Järjestymä on mikrobiologinen termi, joka viittaa lajikohtaisiin bakteeriyhteisöihin. Järjestely voi olla esimerkiksi kaksi (diplo) bakteeria, ketjuja (strepto) tai palisadeja (side-to-side clusters). B. subtilis on tavallisimmin singulaarinen asetelma.
Gram-värjäys, joka on saanut nimensä kehittäjänsä Hans Christian Gramin mukaan, on morfologinen tunnistusmenetelmä. Gram-positiivisissa bakteerikannoissa soluseinän peptidoglykaanit muuttuvat kristalliviolettivärjäyksessä purppuransinisiksi. Tämä reaktio tapahtuu myös gramnegatiivisissa bakteereissa, mutta huomattavasti alhaisemmat peptidoglykaanipitoisuudet merkitsevät sitä, että solunäytteet eivät pysy purppuranpunaisina, kun niihin lisätään vaaleanpunaista vastaväriainetta (safraniinia).
Gram-positiiviset bakteerit ovat sauvamaisia, itiöitä tuottavia lajeja, jotka pystyvät selviytymään erittäin ankarissa ympäristöissä pitkiä aikoja. Tämä johtuu siitä, että stressitilanteessa nämä bakteerit (mukaan lukien B. subtilis ) muuttuvat itiöiksi ja lepotilaan. Eräs Bacillus subtilis -bakteeripesäke säilyi hengissä NASA:n satelliitin ulkopinnalla kuusi vuotta.
B. subtilis -bakteeripesäkkeen morfologia viittaa siihen, miten se esiintyy suurina määrinä. Ryhmänä tämä bakteeri havaitaan särmikkäinä oksina, joissa on läpinäkymättömän valkoista tai vaaleankeltaista pörröä.
Bacillus subtilis -bakteerin käyttökohteet
B. subtilis -bakteerin käyttökohteet käsittävät tutkimukset ja osittain todistetun sisällyttämisen ravintolisiin. Laboratoriot käyttävät B. subtilista tutkiessaan ja etsiessään uusia infektiohoitoja. Bakteeria käytetään myös terveys- ja ravintola-alalla, erityisesti testattaessa, kuinka puhtaita tietyt työtasot ja materiaalit ovat. Bacillus subtilis -bakteerin voi nähdä lueteltuna myös monien probioottien pakkausmerkinnöissä.
Kiinnostavin tämän bakteerin mahdollisista käyttökohteista on kuitenkin mikrobilääkkeiden vaihtoehtona. Antibioottiresistenssin lisääntyessä bakteeri-infektioiden uusiin hoitomuotoihin kiinnitetään paljon huomiota. B. subtilis -bakteerin kyky tuottaa bakteeriosineja – peptidejä, joilla on antimikrobista aktiivisuutta – tekee siitä potentiaalisen hoitokeinon bakteeri-infektioita vastaan.
Bakteeriosiinit kestävät laajoja lämpötilavaihteluita ja hidastavat toisten bakteerityyppisten bakteerikoloniatyyppisten pesäkkeiden kasvua, tai ne voivat jopa tuhota ne. Tässä tekstissä kerrotaan, että jopa 5 % B. subtilis -bakteerin genomista on omistettu antimikrobisten yhdisteiden (AMC) tuotantoon. Tämä antaa tutkijoille paljon materiaalia työstettäväksi kilpajuoksussa sellaisen bakteerilääkkeen tuottamiseksi, jolle patogeeniset bakteerit eivät tule vastustuskykyisiksi.
Bacteriocins from B. subtilis include the lanthionine-containing peptide antibiotic (lantibiotic peptide) called subtilin and an antibiotic called subtilosin. Subtilosiinilla on osoitettu antimikrobinen aktiivisuus gramnegatiivisia ja grampositiivisia bakteereja sekä anaerobisia ja aerobisia mikro-organismeja vastaan. Se on erityisen tehokas Enterococcus faecalis-, Enterobacter aerogenes-, Streptococcus pyogenes- ja Shigella sonnei-bakteereja vastaan. Subtiliini vaikuttaa yleensä tehokkaammin gramnegatiivisia bakteereja ja sieniä vastaan. Molemmat edellyttävät sinkkikofaktorin läsnäoloa ollakseen tehokkaita.
Bacillus subtilis -bakteerien bakteerikiinit voivat vaikuttaa paljon laajempaan joukkoon potentiaalisesti patogeenisiä bakteereja kuin muiden, yleisemmin käytettyjen bakteerien, kuten Lactobacilluksen bakteerikiinit. Tutkijat ovat menestyksekkäästi käyttäneet Bacillus subtilis -bakteereita diabeettisten jalkahaavojen hoitoon. Vaikka nykyinen tutkimus laskimonsisäisistä, intranasaalisista, vatsakalvon sisäisistä ja ihonalaisista bakteeriosiinilääkkeistä on vielä testausvaiheessa, nämä solunsisäiset antibakteeriset aineet ovat jo saapuneet supermarkettien hyllyille B. subtilis -bakteereita sisältävinä probioottijuomina tai -tableteina.
Bakteeriosiinien ravintolisät ovat halpoja valmistaa, eivätkä ne vaadi jäähdytystä, kun ne on pakattu itiöiden muodossa. Suolistoon päästyään nämä itiöt aktivoituvat ja kolonisoituvat. Koska Bacillus subtilis -biofilmit madon suolistossa näyttävät pidentävän madon elinikää, monet ihmiskäyttäjät toivovat samaa vaikutusta.
Muutama B. subtilis -bakteerin käyttökohde on jäteveden käsittely. Jäteveden pH:n on normalisoitava, sen kemiallisen hapenkulutuksen (COD) ja suspendoituneen kiintoaineen kokonaispitoisuuksien (TSS) on oltava alhaisempia ja siinä ei saa olla ylimääräistä kloridia. Laboratoriossa luonnossa esiintyvät B. subtilis -entsyymit pystyivät normalisoimaan pH:n, vähentämään COD:tä yli 87 prosenttia, alentamaan TSS:ää yli 90 prosenttia ja poistamaan lähes 50 prosenttia kloridista. Nämä tulokset ovat edistäneet uusia biohajoamistekniikoita jäteveden ja jätevesien käsittelyssä ja auttaneet kehittämään prosessia, joka tunnetaan nimellä bioaugmentointi.
Bacillus subtilis voi myös hajottaa polyeteeniä (muovipolymeerit). B. subtilis ja muutamat muut bakteerityypit pystyvät käyttämään polyeteeniä ainoana hiilen (energian) lähteenään. Kun nämä bakteerit irrottavat hiiltä ja tuottavat lämpöä, muovipolymeerit hajoavat hitaasti.
Ilman synteettisten kemikaalien tukea B. subtilis ei ole nopein kanta – se vähentää muovin kuivapainoa noin 1,75 % 30 päivän aikana. Kuitenkin parina toisen Pseudomonas aeruginosa -nimisen bakteerin kanssa molemmat bakteerityypit toimivat tehokkaammin.
Tulevaisuus voi tarjota mikromuoviratkaisun erityisten bakteeriyhdistelmien muodossa, joissa samaan tapaan kuin yhdistelemme sytotoksisia lääkkeitä tiettyjen syöpämuotojen torjumiseksi, muovia hajottavia yhdistelmiä voidaan käyttää erilaisten polyeteenityyppien hajottamiseen.
Bibliografia.