BACILLUS THURINGIENSIS: CARACTERISTICI, MORFOLOGIE, CICLUL DE VIAȚĂ - BIOLOGIE - 2025

Bacillus thuringiensis este o bacterie care aparține unui grup mare de bacterii gram-pozitive, unele patogene și altele complet inofensive. Este una dintre bacteriile care a fost studiată cel mai mult datorită utilității sale în agricultură.

Această utilitate constă în faptul că această bacterie are particularitatea producerii de cristale în faza sa de sporulare care conțin proteine ​​care se dovedesc toxice pentru anumite insecte care constituie adevărați dăunători pentru culturi.

Cristalele toxinei B. thuringiensis. De Jim Buckman este creditat, iar încărcătorul original este PRJohnston. (w: ro: Imagine: Bacillus thuringiensis.JPG), prin Wikimedia Commons

Printre cele mai remarcabile caracteristici ale Bacillus thuringiensis se numără specificul său ridicat, inofensivitatea pentru om, plante și animale, precum și rezidualitatea sa minimă. Aceste atribute i-au permis să se poziționeze ca una dintre cele mai bune opțiuni pentru tratarea și controlul dăunătorilor care au afectat culturile.

Utilizarea cu succes a acestei bacterii a devenit evidentă în 1938 când a apărut primul pesticid fabricat cu sporii săi. De atunci istoria a fost lungă și prin aceasta Bacillus thuringiensis a fost ratificat ca fiind una dintre cele mai bune opțiuni atunci când vine vorba de controlul dăunătorilor agricoli.

Taxonomie

Clasificarea taxonomică a Bacillus thuringiensis este:

Domeniu: Bacterii

Phylum: Firmicute

Clasa: Bacilli

Comanda: Bacillales

Familie: Bacillaceae

Gen: Bacillus

Specie: Bacillus thuringiensis

Morfologie

Sunt bacterii în formă de tijă, cu capete rotunjite. Ele prezintă un model de flagelare pertrică, cu flagelele distribuite pe întreaga suprafață a celulei.

Are dimensiuni de 3-5 microni lungime cu 1-1,2 microni lățime. În culturile lor experimentale, se observă colonii circulare, cu un diametru de 3-8 mm, cu margini obișnuite și aspect de „sticlă măcinată”.

Când sunt observate sub microscopul electronic, celulele alungite tipice sunt observate, unite în lanțuri scurte.

Această specie de bacterii produce spori care au o formă elipsoidală caracteristică și sunt localizați în partea centrală a celulei, fără a provoca deformarea acesteia.

Caracteristici generale

În primul rând, Bacillus thuringiensis este o bacterie gram-pozitivă, ceea ce înseamnă că atunci când este supus procesului de colorare Gram capătă o culoare violetă.

La fel, este o bacterie caracterizată prin capacitatea sa de a coloniza diverse medii. A fost posibilă izolarea lui pe toate tipurile de soluri. Are o distribuție geografică largă, fiind găsită chiar și în Antarctica, unul dintre cele mai ostile medii de pe planetă.

Are un metabolism activ, putând fermenta carbohidrații precum glucoza, fructoza, riboza, maltoza și trehaloza. De asemenea, poate hidroliza amidon, gelatină, glicogen și N-acetil-glucozamină.

În aceeași ordine de idei, Bacillus thuringiensis este catalaz pozitiv, fiind capabil să descompună peroxidul de hidrogen în apă și oxigen.

Când a fost cultivat într-un mediu de agar sanguin, a fost observat un model de beta hemoliză, ceea ce înseamnă că această bacterie este capabilă să distrugă total eritrocitele.

În ceea ce privește cerințele de mediu pentru creștere, acesta necesită valori cuprinse între 10 - 15 ° C și 40-45 ° C. În mod similar, pH-ul său optim este cuprins între 5,7 și 7.

Bacillus thuringiensis este o bacterie aerobă strictă. Trebuie să se afle într-un mediu cu disponibilitate bogată în oxigen.

Caracteristica distinctivă a Bacillus thuringiensis este că, în timpul procesului de sporulare, generează cristale alcătuite dintr-o proteină cunoscută sub numele de toxina delta. În cadrul acestor două grupuri au fost identificate: Cry și Cyt.

Această toxină este capabilă să provoace moartea anumitor insecte care sunt adevărați dăunători pentru diverse tipuri de culturi.

Ciclu de viață

B. thuringiensis are un ciclu de viață cu două faze: una dintre ele caracterizată prin creștere vegetativă, cealaltă prin sporulare. Primul dintre ele apare în condiții favorabile pentru dezvoltare, cum ar fi medii bogate în nutrienți, al doilea în condiții nefavorabile, cu lipsă de substrat alimentar.

Larvele de insecte precum fluturi, gândaci sau muște, printre altele, atunci când se hrănesc cu frunze, fructe sau alte părți ale plantei, pot ingera endospore ale bacteriei B. thuringiensis.

În tractul digestiv al insectei, datorită caracteristicilor sale alcaline, proteina cristalizată a bacteriei este dizolvată și activată. Proteina se leagă de un receptor de celulele intestinale ale insectei, formând un por care afectează echilibrul electrolitelor, provocând moartea insectei.

Astfel, bacteria folosește țesuturile insectei moarte pentru hrănirea, înmulțirea și formarea de noi spori care vor infecta gazdele noi.

Toxină

Toxinele produse de B. thuringiensis au o acțiune foarte specifică în nevertebrate și sunt inofensive la vertebrate. Incluziunile parapsorale ale B. thuringensis posedă proteine ​​diverse, cu activitate diversă și sinergică.

B. thuringienisis are diverși factori de virulență care includ, în afară de delta endotoxine Cry și Cyt, anumite alfa și beta exotoxine, chitinaze, enterotoxine, fosfolipaze și hemolizine, care sporesc eficiența sa ca entomopatogen.

Cristalele de proteine ​​toxice ale B. thuringiensis sunt degradate în sol prin acțiune microbiană și pot fi denaturate de incidența radiațiilor solare.

Utilizări în combaterea dăunătorilor

Potențialul entomopatogen al Bacillus thuringiensis a fost exploatat de mai bine de 50 de ani în protecția culturilor.

Datorită dezvoltării biotehnologiei și progreselor în aceasta, a fost posibil să se utilizeze acest efect toxic prin două căi principale: producerea de pesticide care sunt utilizate direct pe culturi și crearea de alimente transgenice.

Mecanismul de acțiune al toxinei

Pentru a înțelege importanța acestei bacterii în combaterea dăunătorilor, este important să știm cum toxina atacă organismul insectei.

Mecanismul său de acțiune este împărțit în patru etape:

Solubilizarea și prelucrarea criza de protoxină : cristalele ingerate de larvele insectelor se dizolvă în intestin. Prin acțiunea proteazelor prezente, acestea sunt transformate în toxine active. Aceste toxine traversează așa-numita membrană peritrofică (membrana protectoare a celulelor epiteliului intestinal).

Legarea la receptori : toxinele se leagă de anumite site-uri care sunt situate în microvilli ale celulelor intestinale ale insectei.

Introducerea în membrană și formarea porilor : Proteinele plâng se introduc în membrană și provoacă distrugerea totală a țesutului prin formarea de canale ionice.

Citoliza : moartea celulelor intestinale. Aceasta apare prin mai multe mecanisme, cel mai cunoscut fiind citoliza osmotică și inactivarea sistemului care menține echilibrul de pH.

Bacillus thuringiensis

Odată verificat efectul toxic al proteinelor produse de bacterii, a fost studiată utilizarea lor potențială în controlul dăunătorilor din culturi.

Multe studii au fost efectuate pentru a determina proprietățile pesticide ale toxinei produse de aceste bacterii. Datorită rezultatelor pozitive ale acestor investigații, Bacillus thuringiensis a devenit cel mai utilizat insecticid biologic la nivel mondial pentru a controla dăunătorii care afectează și afectează negativ diverse culturi.

Sursa: Pixabay.com

Bioinsecticidele pe bază de Bacillus thuringiensis au evoluat de-a lungul timpului. De la primele care conțineau doar spori și cristale, până la cele cunoscute sub denumirea de a treia generație, care conțin bacterii recombinante care generează toxina bt și care au avantaje precum atingerea țesuturilor vegetale.

Importanța toxinei produse de această bacterie este că nu este eficientă numai împotriva insectelor, ci și împotriva altor organisme precum nematode, protozoare și trematode.

Este important să clarificăm că această toxină este total inofensivă la alte tipuri de ființe vii, cum ar fi vertebrele, un grup din care fac parte oamenii. Acest lucru se întâmplă pentru că condițiile interne ale sistemului digestiv nu sunt ideale pentru proliferarea și efectul său.

Bacillus thuringiensis

Datorită progreselor tehnologice, în special dezvoltării tehnologiei ADN recombinant, a fost posibilă crearea de plante care sunt imune genetic la efectul insectelor care produc ravagii asupra culturilor. Aceste plante sunt cunoscute generic ca alimente transgenice sau organisme modificate genetic.

Această tehnologie constă în identificarea în cadrul genomului bacteriei a secvenței de gene care codifică expresia proteinelor toxice. Aceste gene sunt ulterior transferate la genomul plantei care urmează să fie tratate.

Când planta crește și se dezvoltă, începe să sintetizeze toxina care a fost produsă anterior de Bacillus thuringiensis, fiind apoi imună la acțiunea insectelor.

Există mai multe instalații în care această tehnologie a fost aplicată. Printre acestea se numără porumb, bumbac, cartofi și soia. Aceste culturi sunt cunoscute sub denumirea de porumb bt, bt bumbac etc.

Desigur, aceste alimente transgenice au generat o anumită îngrijorare în populație. Cu toate acestea, într-un raport publicat de Agenția pentru Mediu a Statelor Unite, s-a stabilit că, până în prezent, aceste alimente nu au arătat niciun tip de toxicitate sau daune, nici la oameni, nici la animale superioare.

Efecte asupra insectei

Cristalele de B. thuringiensis se dizolvă în intestinul insectei cu pH ridicat și protoxine, iar alte enzime și proteine ​​sunt eliberate. Astfel protoxinele devin toxine active care se leagă la moleculele de receptori specializate pe celulele intestinului.

Toxina B. thuringiensis produce în încetarea ingestiei de insecte, paralizie a intestinului, vărsături, dezechilibre în excreție, decompensare osmotică, paralizie generală și în sfârșit deces.

Datorită acțiunii toxinei, deteriorarea gravă are loc în țesutul intestinal care împiedică funcționarea acesteia, afectând asimilarea nutrienților.

Intestin al „Caenorhabditis elegans” infectat cu „Bacillus thuringiensis”. Sursa: www.researchgate.net

S-a considerat că moartea insectei ar putea fi cauzată de germinarea sporilor și de proliferarea celulelor vegetative din hemocelul insectelor.

Cu toate acestea, se crede că mortalitatea ar depinde mai mult de acțiunea bacteriilor comensale care trăiesc în intestinul insectei și că, după acțiunea toxinei B. thuringiensis, acestea ar fi capabile să provoace septicemie.

Toxina B. thuringiensis nu afectează vertebrele, deoarece digestia alimentelor din acestea din urmă are loc în medii acide, unde toxina nu este activată.

Specificitatea înaltă a insectelor iese în evidență, cunoscută mai ales pentru Lepidoptera. Este considerat inofensiv pentru majoritatea entomofaunei și nu are nicio acțiune dăunătoare asupra plantelor, adică nu este fitotoxic.

Referințe

1. Hoffe, H. și Whiteley, H. (1989, iunie). Proteine ​​de cristal insecticide ale Bacillus thuringiensis. Revizuire microbiologică. 53 (2). 242-255.
2. Martin, P. și Travers, R. (1989, octombrie). Abundența și distribuția la nivel mondial a Bacillus thuringiensis Microbiologie aplicată și de mediu. 55 (10). 2437-2442.
3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. și Yeon, H. (2007). Bacillus thuringiensis ca instrument specific, sigur și eficient pentru controlul insectelor dăunătoare. Jurnalul de microbiologie și biotehnologie 17 (4). 547-559
4. Sauka, D. și Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: generalități. O abordare a utilizării sale în biocontrolul insectelor lepidopterane care sunt dăunători agricoli. Jurnalul argentinian de microbiologie. 40. 124-140
5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D., și Dean H. (1998, septembrie). Bacillus thuringiensis și proteina sa cristalină pesticidă. Recenzii de microbiologie și biologie moleculară. 62 (3). 775-806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. și Villalobos, S. (2018, ianuarie). Genul Bacillus ca agenți de control biologic și implicațiile acestora asupra biosecurității agricole. Revista mexicană de fitopatologie. Publicare online.