Definicja
Bacillus subtilis, hay bacillus, lub grass bacillus był jedną z pierwszych bakterii Gram-dodatnich, które zostały zbadane. Jest to aerobowy, prętowy mikroorganizm tworzący przetrwalniki, który może rozprzestrzeniać się w ekstremalnie zimnym, gorącym, a nawet zdezynfekowanym środowisku. Do przewodu pokarmowego zwierząt i ludzi przenosi się przez glebę. Istnieje ponad 200 gatunków Bacillus; większość z nich nie wywołuje chorób. Formy niepatogenne są często wykorzystywane w sektorze biotechnologicznym, w tym Bacillus subtilis.
Morfologia Bacillus subtilis
Morfologia Bacillus subtilis opisuje pręciki w kształcie pręcików, bakterie Gram-dodatnie, które są widoczne zarówno w dodatnich, jak i ujemnych technikach barwienia metodą Grama. Pręcik bakteryjny jest symetrycznym cylindrem z zaokrąglonymi końcami. Znaczna różnica w ciśnieniu przez błonę cytoplazmatyczną popycha ścianę komórkową do określonego kształtu.
Bakterie Bacillus subtilis mają sztywne ściany komórkowe złożone z grubego peptydoglikanu (cząsteczka cukru i aminokwasu) zwanego mureiną. Ta sztywność pomaga utrzymać prętowy kształt komórki i może wytrzymać wysokie ciśnienie wewnątrzkomórkowe. Poniższy obraz pokazuje, że bakterie Gram-dodatnie mają znacznie grubszą warstwę peptydoglikanu (w kolorze fioletowym).
B. subtilis zawiera tylko jedną dwuniciową cząsteczkę DNA zawartą w kolistym chromosomie. Kolisty chromosom jest typowy dla bakterii, mitochondriów i chloroplastów roślin. Niedawno odkryte białka tworzące filamenty biegną wzdłuż dłuższej osi komórek w kształcie pręta i podczas podziału komórki przesuwają oryginalne i replikowane DNA na każdy koniec. Kształt pręcika pomaga również bakteriom ślizgać się lub poruszać w środowisku wodnym i zapewnia regularne kształty bloków konstrukcyjnych, które ułatwiają tworzenie biofilmu.
Grupy bakterii mogą być kategoryzowane według określonych układów. Układ jest terminem mikrobiologicznym, który odnosi się do specyficznych gatunkowo społeczności bakterii. Może to być np. układ dwóch (diplo) bakterii, łańcuchy (strepto) lub palisady (skupiska od boku do boku). B. subtilis jest najczęściej pojedynczy w układzie.
Barwienie Grama, nazwane tak na cześć jego twórcy Hansa Christiana Grama, jest metodą identyfikacji morfologicznej. W szczepach bakterii Gram-dodatnich peptydoglikan w ścianie komórkowej staje się purpurowoniebieski po zabarwieniu fioletem krystalicznym. Reakcja ta zachodzi również u bakterii Gram-ujemnych; jednakże znacznie niższy poziom peptydoglikanu oznacza, że próbki komórek nie pozostają fioletowe po dodaniu różowego przeciwbarwnika (safraniny).
Bakterie Gram-dodatnie są gatunkami o kształcie pręcików, wytwarzającymi przetrwalniki, które mogą przetrwać w bardzo trudnych warunkach przez długi czas. Dzieje się tak dlatego, że pod wpływem stresu bakterie te (w tym B. subtilis ) przekształcają się w przetrwalniki i przechodzą w stan uśpienia. Kolonia Bacillus subtilis przetrwała na zewnątrz satelity NASA przez sześć lat.
Morfologia kolonii B. subtilis odnosi się do tego, jak pojawia się ona w dużych ilościach. Jako grupa, bakteria ta jest obserwowana jako poszarpane gałęzie nieprzezroczystego białego lub bladożółtego rozmycia.
Bacillus subtilis Zastosowania
Zastosowania B. subtilis obejmują badania i częściowo udowodnione włączenie do suplementów diety. Laboratoria używają B. subtilis podczas badania i znalezienia nowych metod leczenia infekcji. Bakteria ta jest również wykorzystywana w przemyśle medycznym i gastronomicznym, szczególnie przy testowaniu czystości niektórych powierzchni roboczych i materiałów. Można zobaczyć Bacillus subtilis wymienione na etykiecie wielu probiotyków, too.
Jednakże najbardziej interesujące z tych bakterii potencjalnych zastosowań jest jako alternatywa dla leków przeciwbakteryjnych. Wraz ze wzrostem oporności na antybiotyki, wiele uwagi poświęca się nowym metodom leczenia infekcji bakteryjnych. Zdolność B. subtilis do wytwarzania bakteriocyn – peptydów posiadających aktywność przeciwdrobnoustrojową – czyni z niej potencjalny lek przeciw infekcjom bakteryjnym.
Bakteriocyny mogą wytrzymać duże wahania temperatury i spowolnić wzrost lub nawet zniszczyć kolonie innych rodzajów bakterii. Ten tekst mówi nam, że do 5% genomu B. subtilis jest przeznaczone do produkcji związków przeciwdrobnoustrojowych (AMCs). To daje badaczom dużo materiału do pracy w wyścigu o wyprodukowanie bakteriocydu, na który bakterie chorobotwórcze nie stają się odporne.
Bakteriocyny z B. subtilis obejmują antybiotyk peptydowy zawierający lantioninę (peptyd lantibiotyczny) zwany subtiliną i antybiotyk zwany subtilozyną. Subtilozyna ma udowodnioną aktywność przeciwdrobnoustrojową wobec bakterii Gram-ujemnych i Gram-dodatnich oraz mikroorganizmów beztlenowych i tlenowych. Jest szczególnie skuteczna wobec Enterococcus faecalis, Enterobacter aerogenes, Streptococcus pyogenes i Shigella sonnei. Subtilina jest bardziej skuteczna w zwalczaniu bakterii Gram-ujemnych i grzybów. Obie wymagają obecności kofaktora cynkowego, aby były skuteczne.
Bakteriocyny Bacillus subtilis mogą oddziaływać na znacznie szerszy zakres potencjalnie patogennych bakterii niż bakteriocyny innych, częściej stosowanych bakterii, takich jak Lactobacillus. Naukowcy z powodzeniem wykorzystali bakteriocyny Bacillus subtilis do leczenia owrzodzeń stopy cukrzycowej. Podczas gdy obecne badania nad dożylnymi, donosowymi, dootrzewnowymi i podskórnymi lekami bakteriocynowymi są nadal w fazie testów, te wewnątrzkomórkowe środki antybakteryjne już pojawiły się na półkach supermarketów w postaci napojów probiotycznych lub tabletek zawierających B. subtilis.
TProbiotyki w suplementach diety są tanie w produkcji i nie wymagają chłodzenia, gdy są pakowane w postaci przetrwalników. Po dostaniu się do jelita, zarodniki te stają się aktywne i kolonizują się. Ponieważ biofilmy Bacillus subtilis w jelitach robaków wydają się wydłużać ich życie, wielu użytkowników u ludzi ma nadzieję na taki sam efekt.
Innym zastosowaniem B. subtilis jest oczyszczanie ścieków. Ścieki muszą mieć znormalizowane pH, mieć niższe stężenie chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT) i zawiesiny ogólnej (TSS) oraz być wolne od nadmiaru chlorków. W laboratorium, naturalnie występujące enzymy B. subtilis były w stanie znormalizować pH, obniżyć ChZT o ponad 87%, obniżyć TSS o ponad 90% i usunąć prawie 50% chlorków. Wyniki te przyczyniły się do opracowania nowych technik biodegradacji dla ścieków i oczyszczania ścieków, pomagając w rozwoju procesu znanego jako bioaugmentacja.
Bacillus subtilis może również degradować polietylen (polimery plastikowe). B. subtilis i kilka innych rodzajów bakterii jest w stanie wykorzystać polietylen jako jedyne źródło węgla (energii). W miarę jak te bakterie wydobywają węgiel i wytwarzają ciepło, plastikowe polimery powoli ulegają degradacji.
Bez wsparcia syntetycznych substancji chemicznych, B. subtilis nie jest najszybszym szczepem – zmniejsza suchą masę plastiku o około 1,75% w ciągu 30 dni. Jednak w połączeniu z inną bakterią o nazwie Pseudomonas aeruginosa oba typy bakterii działają bardziej efektywnie.
Przyszłość może przynieść rozwiązanie problemu mikroplastiku w postaci specyficznych kombinacji bakterii, gdzie w taki sam sposób, w jaki łączymy leki cytotoksyczne do walki z konkretnymi formami raka, kombinacje trawiące plastik mogą być używane do degradacji różnych typów polietylenu.
Bibliografia
.