Definiție
Bacillus subtilis, bacilul de fân sau bacilul de iarbă a fost una dintre primele bacterii Gram-pozitive care a fost studiată. Este un microorganism aerob, în formă de tijă, care formează spori și care se poate răspândi în medii extrem de reci, calde și chiar dezinfectate. Se transferă în tractul gastrointestinal al animalelor și al oamenilor prin intermediul solului. Există mai mult de 200 de specii de Bacillus; majoritatea nu provoacă boli. Formele nepatogene sunt adesea folosite în sectorul biotehnologiei, inclusiv Bacillus subtilis.
Bacillus Subtilis Morfologie
Morfologia Bacillus subtilis descrie bacteriile Gram-pozitive, în formă de tijă, care apar atât la tehnicile de colorație Gram pozitivă, cât și la cele negative. O tijă bacteriană este un cilindru simetric cu capetele rotunjite. O diferență semnificativă de presiune pe membrana citoplasmatică împinge peretele celular într-o formă specifică.
Bacteriile Bacillus subtilis au pereți celulari rigizi compuși dintr-un peptidoglican gros (moleculă de zahăr și aminoacizi) numit mureină. Această rigiditate ajută la menținerea formei de tijă a celulei și poate rezista la o presiune intracelulară ridicată. Imaginea de mai jos arată cum bacteriile Gram-pozitive au un strat de peptidoglican mult mai gros (în violet).
B. subtilis conține o singură moleculă de ADN dublu catenar conținută într-un cromozom circular. Un cromozom circular este tipic bacteriilor, mitocondriilor și cloroplastelor plantelor. Proteinele formatoare de filamente, descoperite recent, se deplasează de-a lungul axei mai lungi a celulelor în formă de tijă și împing ADN-ul original și replicat la fiecare capăt în timpul diviziunii celulare. Forma de tijă ajută, de asemenea, bacteriile să alunece sau să se deplaseze prin medii apoase și oferă forme regulate de blocuri de construcție care facilitează formarea biofilmelor.
Grupurile de bacterii pot fi clasificate în funcție de aranjamente specifice. Un aranjament este un termen microbiologic care se referă la comunități de bacterii specifice unei specii. De exemplu, un aranjament poate fi format din două bacterii (diplo), lanțuri (strepto) sau palisade (grupări de o parte și de alta). B. subtilis este cel mai frecvent singular în aranjament.
Tinctură Gram, numită după creatorul său Hans Christian Gram, este o metodă de identificare morfologică. La tulpinile de bacterii Gram-pozitive, peptidoglicanul din peretele celular devine albastru-violet atunci când este colorat cu cristal violet. Această reacție are loc și la bacteriile Gram-negative; cu toate acestea, nivelurile semnificativ mai scăzute de peptidoglican înseamnă că probele de celule nu rămân purpurii atunci când se adaugă o contracolorație roz (safranină).
Bacilii Gram-pozitivi sunt specii în formă de tijă, producătoare de spori, care pot supraviețui în medii extrem de dure pentru perioade lungi de timp. Acest lucru se datorează faptului că, atunci când sunt supuse la stres, aceste bacterii (inclusiv B. subtilis ) se transformă în spori și devin latente. O colonie de Bacillus subtilis a supraviețuit pe exteriorul unui satelit NASA timp de șase ani.
Morfologia coloniei de B. subtilis se referă la modul în care aceasta apare în cantități mari. Ca grup, această bacterie se observă sub forma unor ramuri zimțate de puf alb opac sau galben pal.
Bacillus Subtilis Utilizări
Utilizările B. subtilis cuprind cercetarea și includerea parțial dovedită în suplimentele alimentare. Laboratoarele folosesc B. subtilis atunci când studiază și găsesc noi tratamente pentru infecții. Bacteria este, de asemenea, utilizată în industriile de sănătate și de catering, în special atunci când se testează cât de curate sunt anumite suprafețe și materiale de lucru. Puteți vedea Bacillus subtilis listată pe eticheta multor probiotice, de asemenea.
Cu toate acestea, cea mai interesantă dintre utilizările potențiale ale acestei bacterii este ca o alternativă la medicamentele antimicrobiene. Având în vedere că rezistența la antibiotice este în creștere, noile terapii pentru infecțiile bacteriene se bucură de multă atenție. Capacitatea B. subtilis de a produce bacteriocine – peptide care posedă activitate antimicrobiană – fac din ea un potențial tratament împotriva infecțiilor bacteriene.
Bacteriocinele pot rezista la fluctuații ample de temperatură și pot încetini creșterea sau chiar distruge coloniile altor tipuri de bacterii. Acest text ne spune că până la 5% din genomul B. subtilis este dedicat producției de compuși antimicrobieni (AMC). Acest lucru oferă cercetătorilor o mulțime de material cu care să lucreze în cursa pentru a produce un bacteriocid la care bacteriile patogene să nu devină rezistente.
Bacteriocinele din B. subtilis includ antibioticul peptidic care conține lantionină (peptidă lantibiotică) numit subtilină și un antibiotic numit subtilosină. Subtilosina are o activitate antimicrobiană dovedită împotriva bacteriilor Gram-negative și Gram-pozitive, precum și a microorganismelor anaerobe și aerobe. Este deosebit de eficientă împotriva Enterococcus faecalis, Enterobacter aerogenes, Streptococcus pyogenes și Shigella sonnei. Subtilina are tendința de a acționa mai eficient împotriva bacteriilor Gram-negative și a ciupercilor. Ambele necesită prezența unui cofactor de zinc pentru a fi eficiente.
Bacteriocinele de Bacillus subtilis pot afecta o gamă mult mai largă de bacterii potențial patogene decât bacteriocinele altor bacterii mai frecvent utilizate, cum ar fi Lactobacillus. Oamenii de știință au folosit cu succes bacteriocine Bacillus subtilis pentru a trata ulcerele piciorului diabetic. În timp ce cercetările actuale privind medicamentele cu bacteriocine intravenoase, intranazale, intraperitoneale și subcutanate sunt încă în faza de testare, acești agenți antibacterieni intracelulari au ajuns deja pe rafturile supermarketurilor sub formă de băuturi sau pastile probiotice care conțin B. subtilis.
Suplimentele alimentare cu antibiotice sunt ieftine de fabricat și nu necesită refrigerare atunci când sunt ambalate sub formă de spori. Odată ajunși în intestin, acești spori devin activi și colonizează. Deoarece biofilmele de Bacillus subtilis din intestinele viermilor par să prelungească durata de viață a viermilor, mulți utilizatori umani speră la același efect.
O altă utilizare a B. subtilis este în tratarea apelor reziduale. Apele reziduale trebuie să aibă pH-ul normalizat, să aibă o cerere chimică de oxigen (DCO) și concentrații totale de solide în suspensie (TSS) mai mici și să nu aibă exces de cloruri. În laborator, enzimele B. subtilis prezente în mod natural au fost capabile să normalizeze pH-ul, să reducă COD cu peste 87%, să scadă TSS cu peste 90% și să elimine aproape 50% din clorură. Aceste rezultate au contribuit la noi tehnici de biodegradare pentru tratarea apelor uzate și a apelor reziduale, ajutând la dezvoltarea unui proces cunoscut sub numele de bioaugmentare.
Bacillus subtilis poate, de asemenea, să degradeze polietilena (polimeri de plastic). B. subtilis și alte câteva tipuri de bacterii sunt capabile să utilizeze polietilena ca singura lor sursă de carbon (energie). Pe măsură ce aceste bacterii extrag carbonul și produc căldură, polimerii de plastic se degradează încet.
Fără sprijinul substanțelor chimice de sinteză, B. subtilis nu este cea mai rapidă tulpină – ea reduce plasticul în greutate uscată cu aproximativ 1,75% pe un termen de 30 de zile. Cu toate acestea, atunci când este împerecheată cu o altă bacterie numită Pseudomonas aeruginosa, ambele tipuri de bacterii performează mai eficient.
Viitorul ar putea oferi o soluție pentru microplastice sub forma unor combinații bacteriene specifice în care, la fel cum combinăm medicamente citotoxice pentru a lupta împotriva unor forme specifice de cancer, combinațiile de digerare a plasticului pot fi folosite pentru a degrada diferite tipuri de polietilenă.
