Meghatározás
A Bacillus subtilis, szénabacilus vagy fűbacilus az egyik első Gram-pozitív baktérium volt, amelyet tanulmányoztak. Ez egy aerob, rúd alakú, spóraképző mikroorganizmus, amely szélsőséges hidegben, melegben és még fertőtlenített környezetben is képes terjedni. A talajon keresztül kerül az állatok és az emberek gyomor-bélrendszerébe. Több mint 200 Bacillus faj létezik; a legtöbb nem okoz betegséget. A nem patogén formákat gyakran használják a biotechnológiában, köztük a Bacillus subtilis-t.
Bacillus subtilis morfológia
A Bacillus subtilis morfológiája pálcika alakú, Gram-pozitív baktériumokat ír le, amelyek mind a pozitív, mind a negatív Gram-festési technikával kimutathatók. A baktériumrúd szimmetrikus henger, lekerekített végekkel. A citoplazmamembránon keresztüli jelentős nyomáskülönbség a sejtfalat egy adott alakba nyomja.
A Bacillus subtilis baktériumok sejtfala merev, vastag peptidoglikánból (cukor- és aminosavmolekula), úgynevezett mureinből áll. Ez a merevség segít fenntartani a sejt pálcika alakját, és képes ellenállni a nagy sejten belüli nyomásnak. Az alábbi képen látható, hogy a Gram-pozitív baktériumok sokkal vastagabb peptidoglikán réteggel rendelkeznek (lila színnel).
A B. subtilis csak egy kettős szálú DNS-molekulát tartalmaz, amely egy körkörös kromoszómában található. A körkörös kromoszóma jellemző a baktériumokra, a mitokondriumokra és a növényi kloroplasztiszokra. A nemrégiben felfedezett filamentumképző fehérjék a rúd alakú sejtek hosszabb tengelye mentén futnak, és a sejtosztódás során az eredeti és a replikált DNS-t mindkét végére tolják. A rúd alakja segíti a baktériumok siklását vagy mozgását a vizes környezetben, és szabályos építőelem-alakot biztosít, ami megkönnyíti a biofilmek kialakulását.
A baktériumcsoportok sajátos elrendeződések szerint kategorizálhatók. Az elrendeződés egy mikrobiológiai kifejezés, amely fajspecifikus baktériumközösségekre utal. Egy elrendeződés lehet például két (diplo) baktérium, láncok (strepto) vagy paliszádok (egymás melletti csoportosulások). A B. subtilis leggyakrabban szinguláris elrendeződésű.
A Gram-festés, amely kifejlesztőjéről, Hans Christian Gramról kapta a nevét, a morfológiai azonosítás egyik módszere. Gram-pozitív baktériumtörzsekben a sejtfalban lévő peptidoglikán kristályviolettel festve liláskék színűvé válik. Ez a reakció Gram-negatív baktériumokban is lejátszódik; azonban a peptidoglikán lényegesen alacsonyabb szintje miatt a sejtminták nem maradnak lilák, amikor rózsaszín ellenfestéket (szafranin) adunk hozzájuk.
A Gram-pozitív bacilusok rúd alakú, spóratermelő fajok, amelyek rendkívül zord környezetben is képesek hosszú ideig fennmaradni. Ennek oka, hogy stressz hatására ezek a baktériumok (köztük a B. subtilis ) spórákká alakulnak át és nyugalmi állapotba kerülnek. A Bacillus subtilis egy kolóniája hat évig élt egy NASA műhold külsején.
A B. subtilis kolóniamorfológiája arra utal, ahogyan nagy mennyiségben megjelenik. Csoportként ez a baktérium átlátszatlan fehér vagy halványsárga foszlányok cakkos ágai formájában figyelhető meg.
Bacillus subtilis felhasználása
A B. subtilis felhasználása magában foglalja a kutatásokat és a táplálékkiegészítőkben való részben bizonyított felhasználást. A laboratóriumok a B. subtilis-t a fertőzések új gyógymódjainak tanulmányozására és megtalálására használják. A baktériumot az egészségügyben és a vendéglátóiparban is használják, különösen annak vizsgálatakor, hogy bizonyos munkafelületek és anyagok mennyire tiszták. A Bacillus subtilis-t számos probiotikum címkéjén is láthatjuk.
A baktérium legérdekesebb felhasználási lehetősége azonban az antimikrobiális gyógyszerek alternatívájaként való felhasználás. Mivel az antibiotikum-rezisztencia egyre növekszik, a bakteriális fertőzések új terápiái nagy figyelmet kapnak. A B. subtilis azon képessége, hogy bakteriocineket – antimikrobiális hatással rendelkező peptideket – termel, potenciális gyógymóddá teszi a bakteriális fertőzések ellen.
A bakteriocinek képesek ellenállni a széleskörű hőmérséklet-ingadozásoknak, és lassítják más típusú baktériumok kolóniáinak növekedését, vagy akár el is pusztítják azokat. A szövegből megtudhatjuk, hogy a B. subtilis genom akár 5%-át is antimikrobiális vegyületek (AMC-k) előállítására fordítják. Ez rengeteg anyagot ad a kutatóknak, amellyel dolgozhatnak a versenyben, hogy olyan baktériumölőszert állítsanak elő, amellyel szemben a patogén baktériumok nem válnak rezisztenssé.
A B. subtilis-baktériumölőszerek közé tartozik a lantionin-tartalmú peptid-antibiotikum (lantibiotikus peptid), a szubtilin és a szubtilozin nevű antibiotikum. A szubtilozin bizonyítottan antimikrobiális hatású Gram-negatív és Gram-pozitív baktériumokkal, valamint anaerob és aerob mikroorganizmusokkal szemben. Különösen hatékony az Enterococcus faecalis, az Enterobacter aerogenes, a Streptococcus pyogenes és a Shigella sonnei ellen. A szubtilin általában hatékonyabban hat a Gram-negatív baktériumok és gombák ellen. Mindkettőnek cink kofaktor jelenlétére van szüksége ahhoz, hogy hatékony legyen.
A Bacillus subtilis bakteriocinek a potenciálisan patogén baktériumok sokkal szélesebb körére képesek hatni, mint más, gyakrabban használt baktériumok, például a Lactobacillus bakteriocinjei. A tudósok sikeresen alkalmazták a Bacillus subtilis bakteriocinokat a diabéteszes lábfekélyek kezelésére. Míg az intravénás, intranazális, intraperitoneális és szubkután bakteriocin gyógyszerekkel kapcsolatos jelenlegi kutatások még a tesztelési fázisban vannak, ezek az intracelluláris antibakteriális szerek már megérkeztek a szupermarketek polcaira B. subtilis-tartalmú probiotikus italok vagy tabletták formájában.
A probiotikus étrend-kiegészítők előállítása olcsó és nem igényelnek hűtést, ha spórák formájában vannak csomagolva. A bélbe kerülve ezek a spórák aktívvá válnak és kolonizálódnak. Mivel úgy tűnik, hogy a Bacillus subtilis biofilmek a féreg belében meghosszabbítják a féreg élettartamát, sok emberi felhasználó ugyanezt a hatást reméli.
A B. subtilis másik felhasználási területe a szennyvízkezelés. A szennyvíz pH-ját normalizálni kell, a kémiai oxigénigény (COD) és az összes lebegőanyag (TSS) koncentrációjának alacsonyabbnak kell lennie, és mentesnek kell lennie a felesleges kloridtól. A laboratóriumban a természetben előforduló B. subtilis enzimek képesek voltak normalizálni a pH-t, több mint 87%-kal csökkenteni a COD-ot, több mint 90%-kal csökkenteni a TSS-t, és eltávolítani a klorid közel 50%-át. Ezek az eredmények hozzájárultak a szennyvíz- és szennyvíztisztítás új biodegradációs technikáihoz, segítve a bioaugmentáció néven ismert eljárás kifejlesztését.
A Bacillus subtilis a polietilént (műanyag polimereket) is képes lebontani. A B. subtilis és néhány más baktériumtípus képes a polietilént egyetlen szén- (energia-) forrásként felhasználni. Ahogy ezek a baktériumok kivonják a szenet és hőt termelnek, a műanyag polimerek lassan lebomlanak.
Szintetikus vegyi anyagok támogatása nélkül a B. subtilis nem a leggyorsabb törzs – 30 nap alatt körülbelül 1,75%-kal csökkenti a műanyag száraz tömegét. Egy másik, Pseudomonas aeruginosa nevű baktériummal párosítva azonban mindkét baktériumtípus hatékonyabban teljesít.
A jövő megoldást nyújthat a mikroműanyagokra speciális baktériumkombinációk formájában, ahol ugyanúgy, ahogyan citotoxikus gyógyszereket kombinálunk a rák bizonyos formái ellen, műanyag-emésztő kombinációkat használhatunk a különböző típusú polietilén lebontására.
Bibliográfia
.