Definition
Bacillus subtilis, höbacillus eller gräsbacillus var en av de första grampositiva bakterier som studerades. Det är en aerob, stavformad sporbildande mikroorganism som kan spridas i extrem kyla, värme och även i desinficerade miljöer. Den överförs till mag-tarmkanalen hos djur och människor via jorden. Det finns mer än 200 Bacillus-arter; de flesta orsakar inga sjukdomar. Icke-patogena former används ofta inom biotekniksektorn, bland annat Bacillus subtilis.
Bacillus subtilis Morfologi
Bacillus subtilis morfologi beskriver stavformade, Gram-positiva bakterier som syns på både positiva och negativa Gram-färgningstekniker. En bakterie stav är en symmetrisk cylinder med rundade ändar. En betydande tryckskillnad över cytoplasmimembranet pressar cellväggen till en specifik form.
Bacillus subtilis-bakterier har styva cellväggar som består av en tjock peptidoglykan (socker- och aminosyramolekyl) som kallas murein. Denna styvhet bidrar till att upprätthålla cellens stavform och kan motstå högt intracellulärt tryck. Bilden nedan visar hur grampositiva bakterier har ett mycket tjockare peptidoglykanlager (i lila).
B. subtilis innehåller endast en dubbelsträngad DNA-molekyl som finns i en cirkulär kromosom. En cirkulär kromosom är typisk för bakterier, mitokondrier och växters kloroplaster. Nyligen upptäckta filamentbildande proteiner löper längs den längre axeln på stavformade celler och skjuter ursprungligt och replikerat DNA till vardera änden under celldelningen. Stavformen hjälper också bakterier att glida eller förflytta sig genom vattniga miljöer och ger regelbundna former av byggstenar som underlättar bildandet av biofilm.
Bakteriegrupper kan kategoriseras enligt specifika arrangemang. Ett arrangemang är en mikrobiologisk term som avser artspecifika bakteriesamhällen. Ett arrangemang kan till exempel vara två (diplo) bakterier, kedjor (strepto) eller palisader (kluster från sida till sida). B. subtilis är oftast singulärt arrangerad.
Gram-färgningen, uppkallad efter dess utvecklare Hans Christian Gram, är en metod för morfologisk identifiering. I Gram-positiva bakteriestammar blir peptidoglykanen i cellväggen purpurblå när den färgas med kristallviolett. Denna reaktion inträffar även hos gramnegativa bakterier, men de betydligt lägre nivåerna av peptidoglykan gör att cellproverna inte förblir lila när en rosa motfärgning (safranin) tillsätts.
Gram-positiva baciller är stavformade, sporproducerande arter som kan överleva i extremt hårda miljöer under långa perioder. Detta beror på att när de utsätts för stress omvandlas dessa bakterier (inklusive B. subtilis ) till sporer och blir vilande. En koloni av Bacillus subtilis överlevde på utsidan av en NASA-satellit i sex år.
Kolonimorfologin hos B. subtilis avser hur den ser ut i stora mängder. Som grupp observeras denna bakterie som hackiga grenar av ogenomskinligt vitt eller blekgult ludd.
Bacillus subtilis Användning
Användningen av B. subtilis omfattar forskning och delvis bevisad inkludering i kosttillskott. Laboratorier använder B. subtilis när de studerar och hittar nya behandlingar av infektioner. Bakterien används också inom hälso- och restaurangbranschen, särskilt när man testar hur rena vissa arbetsytor och material är. Du kan se Bacillus subtilis listad på etiketten på många probiotika också.
Det mest intressanta av denna bakteries potentiella användningsområden är dock som ett alternativ till antimikrobiella läkemedel. Med den ökande antibiotikaresistensen får nya terapier mot bakterieinfektioner mycket uppmärksamhet. B. subtilis förmåga att producera bakteriociner – peptider som har antimikrobiell aktivitet – gör den till en potentiell behandling mot bakterieinfektioner.
Bakteriociner kan motstå breda temperatursvängningar och bromsa tillväxten av eller till och med förstöra kolonier av andra typer av bakterier. Denna text berättar att upp till 5 % av B. subtilis arvsmassa är avsedd för produktion av antimikrobiella föreningar (AMC). Detta ger forskarna mycket material att arbeta med i kapplöpningen om att framställa en bakteriocid som patogena bakterier inte blir resistenta mot.
Bakteriociner från B. subtilis inkluderar den lanthioninhaltiga peptidantibiotikan (lantibiotisk peptid) som kallas subtilin och en antibiotika som kallas subtilosin. Subtilosin har bevisad antimikrobiell aktivitet mot gramnegativa och grampositiva bakterier samt anaeroba och aeroba mikroorganismer. Det är särskilt effektivt mot Enterococcus faecalis, Enterobacter aerogenes, Streptococcus pyogenes och Shigella sonnei. Subtilin tenderar att fungera mer effektivt mot gramnegativa bakterier och svampar. Båda kräver närvaro av en zinkkofaktor för att vara effektiva.
Bacillus subtilis bakteriociner kan påverka ett mycket bredare spektrum av potentiellt sjukdomsframkallande bakterier än bakteriociner från andra, vanligare använda bakterier som Lactobacillus. Forskare har framgångsrikt använt Bacillus subtilis bakteriociner för att behandla diabetiska fotsår. Medan den nuvarande forskningen om intravenösa, intranasala, intraperitoneala och subkutana bakteriocinläkemedel fortfarande befinner sig i testfasen har dessa intracellulära antibakteriella medel redan anlänt till snabbköpets hyllor i form av probiotiska drycker eller piller som innehåller B. subtilis.
TProbiotiska kosttillskott är billiga att tillverka och behöver inte kylas när de är förpackade i form av sporer. När de väl befinner sig i tarmen blir dessa sporer aktiva och koloniserar. Eftersom Bacillus subtilis biofilmer i maskens tarmar verkar förlänga maskens livslängd hoppas många mänskliga användare på samma effekt.
En annan användning av B. subtilis är vid rening av avloppsvatten. Avloppsvattnet måste ha sitt pH normaliserat, ha lägre koncentrationer av kemiskt syrebehov (COD) och totalt suspenderat material (TSS) samt vara fritt från överskott av klorid. I laboratoriet kunde naturligt förekommande enzymer från B. subtilis normalisera pH, minska COD med över 87 %, sänka TSS med över 90 % och avlägsna nästan 50 % klorid. Dessa resultat har bidragit till nya tekniker för biologisk nedbrytning av avloppsvatten och rening av avloppsvatten och hjälpt till att utveckla en process som kallas bioaugmentering.
Bacillus subtilis kan också bryta ned polyeten (plastpolymerer). B. subtilis och några andra bakterietyper kan använda polyeten som sin enda kolkälla (energi). När dessa bakterier utvinner kol och producerar värme bryts plastpolymererna långsamt ned.
Och utan stöd av syntetiska kemikalier är B. subtilis inte den snabbaste stammen – den minskar plastens torrsubstansvikt med cirka 1,75 % under en period på 30 dagar. När den paras med en annan bakterie som heter Pseudomonas aeruginosa presterar dock båda typerna av bakterier effektivare.
Framtiden kan erbjuda en lösning för mikroplaster i form av specifika bakteriekombinationer där, på samma sätt som vi kombinerar cytotoxiska läkemedel för att bekämpa specifika former av cancer, plastnedbrytande kombinationer kan användas för att bryta ner olika typer av polyeten.
Bibliografi
.