Bacillus (bakteria)
Bacillus (łac. bacillus – laseczka[1]) – rodzaj bakterii Gram-dodatnich o walcowym kształcie, należących do typu Firmicutes, zdolnych do tworzenia przetrwalników[2][3].
 Bacillus subtilis barwiony metodą Grama | |
| Systematyka | |
| Domena | |
|---|---|
| Typ | |
| Klasa | Bacilli |
| Rząd | Bacillales |
| Rodzina | Bacillaceae |
| Rodzaj | Bacillus |
| Nazwa systematyczna | |
| Bacillus Cohn 1872 | |
Bacillus to zazwyczaj bakterie tlenowe lub względnie beztlenowe (choć Bacillus infernus jest bezwzględnym beztlenowcem[4]). Mogą być ruchliwe dzięki urzęsieniu perytrychalnemu lub biegunowemu – albo nieruchliwe (np. B. anthracis, B. mycoides). Są katalazododatnie, szeroko rozpowszechnione w naturze[2][3]. Mogą wytwarzać otoczkę złożoną z kwasu poliglutaminowego lub z polisacharydów[2].
Występują pojedynczo, parami lub w formie łańcuszków[2]. Wykazują bardzo dużą różnorodność genetyczną, przez co charakteryzują się dużym zróżnicowaniem fizjologicznym i metabolicznym[3]. Można wyróżnić zarówno szczepy psychrofilne, jak i termofilne; acydofilne, jak i alkalofilne. Niektóre są odporne na zasolenie, inne są wręcz halofilne[2].
Endospory wytwarzane przez mikroorganizmy z rodzaju Bacillus są bardzo odporne na niekorzystne warunki środowiska (ciepło, wysuszenie), a także na wiele środków dezynfekujacych[2]. Przetrwalniki B. anthracis mogą przetrwać w glebie nawet dziesiątki lat[5]. Dzięki tym zdolnościom bakterie Bacillus są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie – izolowane są z gleby, wód słodkich i słonych, przewodu pokarmowego zwierząt czy psującej się żywności[3].
Metabolizm
Bakterie Bacillus należą do chemoorganotrofów (z wyjątkiem dwóch gatunków będących fakultatywnymi chemolitotrofami)[2]. W zależności od gatunku mają bardzo zróżnicowane wymagania pokarmowe – można spotkać zarówno prototrofy, jak i auksotrofy[2][6]. Substancje organiczne są metabolizowane na drodze oddychania tlenowego, fermentacji lub obu tych procesów. Heksozy są rozkładane w wyniku glikolizy do pirogronianu[6].
Zastosowanie
Komórki bakterii dzięki szybkiemu wzrostowi i wydzielaniu dużej ilości białek do pożywki można efektywnie wykorzystać do produkcji białek heterogenicznych (obcych białek kodowanych przez geny pochodzące od innych organizmów). Mogą to być enzymy lub białka o znaczeniu terapeutycznym (hormony wzrostu, interferony, interleukiny, proinsulina). Przykładem jest Bacillus subtilis[6].
Produkcja enzymów
Najważniejszymi enzymami produkowanymi z wykorzystaniem bakterii z rodzaju Bacillus są enzymy proteolityczne i amylolityczne[6]. Sprzedaż proteaz stanowi około 60% światowego rynku enzymów, a najważniejszymi ich producentami są bakterie z rodzaju Bacillus[7]. Szacunkowo połowa preparatów enzymatycznych jest produkowana z udziałem tych bakterii[3]. Proteazy wytwarzane są przez B. subtilis, B. licheniformis, B. pumilus, B. amyloliquefaciens, B. megaterium[6], natomiast α-amylazy głównie przez B. amyloliquefaciens, B. licheniformis, B. subtilis[3].
Inne enzymy wytwarzane przez Bacillus to izomeraza glukozowa (B. coagulans), fosfataza alkaliczna (B. cereus, B. amyloliquefaciens), fosfolipaza C (B. cereus), katalaza (B. subtilis)[6].
Produkcja bakteriocyn i antybiotyków
Bacillus produkują bakteriocyny oraz substancje podobne do bakteriocyn. Niektóre mogą potencjalnie znaleźć zastosowanie w konserwacji żywności, ponieważ są łatwo rozkładalne w przewodzie pokarmowym i w niskich stężeniach wykazują niski potencjał alergiczny[8]. Szczepy B. circulans, B. cereus, B. subtilis, B. licheniformis mogą wytwarzać antybiotyki bacytracynę i gramicydynę S[6].
Produkcja bioinsektycydów
B. thuringiensis ma zdolność syntezy białkowych toksyn krystalicznych Cry i Cyt (tzw. δ-endotoksyny) wykazujących aktywność owadobójczą. Kryształy toksyn rozpuszczają się w środkowym odcinku przewodu pokarmowego owada i uwalniają prototoksynę, która uaktywnia się przez działanie peptydaz. Pocięte fragmenty wiążą się z receptorami komórek błon pokrywających przewód pokarmowy, zakłócają równowagę osmotyczną komórek i doprowadzają do ich lizy. W wyniku paraliżu jelita owady nie mogą spożywać pokarmu i większość ginie po kilku godzinach. Ich toksyczność zależy od stopnia powinowactwa wiązania z błonami komórkowymi[6][9].
Produkcja innych związków
Wytwarzają D-rybozę, służąca do produkcji nukleotydów i ryboflawiny (B. subtilis, B. pumilus), kwas poliglutaminowy (PGA), streptawidynę (B. subtilis), substancje smakowe i zapachowe, na przykład przez przekształcanie kwasu ferulowego do 4-winylogwajakolu, przetwarzanego dalej do waniliny (B. pumilus)[6]; kwas hialuronowy, kwas poligalakturonowy[3].
Biotransformacja i biodegradacja i fermentacja żywności
Bacillus biotransformują wielu związków, między innymi hydrolizują estry i transformują steroidy[6]. Dokonują także biodegradacji wielu związków, między innymi n-alkanów (B. subtilis), związków amidowych stosowanych jako pestycydy (B. firmus, B. sphaericus), cyjanowodoru (B. pumilus)[6], barwników azowych (B. subtilis)[10]. Nasiona soi fermentowane przez B. subtilis stosowane są do produkcji tradycyjnej japońskiej potrawy natto[6].
Patogenność
Spośród bakterii rodzaju Bacillus jedynie B. anthracis (laseczka wąglika) jest uważany za gatunek silnie patogenny dla człowieka i innych ssaków. Innym szkodliwym gatunkiem, choć znacznie mniej wirulentnym, jest B. cereus, wywołujący zatrucia pokarmowe i infekcje ran. Niektóre gatunki (B. circulans, B. megaterium, B. sphaericus) mogą powodować zakażenia oportunistyczne[6]. Większość jednak to gatunki bezpieczne dla ludzi i zwierząt, mające status GRAS (od ang. generally recognized as safe), nadawany przez amerykańską Agencję Żywności i Leków[3].