Бациллы - Bacillus

Эта статья о роде бактерий. Для класса бактерий см. Бациллы. О палочковидных бактериях в целом см. Бацилла (форма). Для рода насекомых см. Bacillus (насекомое).

Бациллы
Bacillus subtilis Gram.jpg
Bacillus subtilis, окрашенный
Научная классификация е
Домен:Бактерии
Тип:Фирмикуты
Учебный класс:Бациллы
Заказ:Бациллы
Семья:Bacillaceae
Род:Бациллы
Кон,
Разновидность

См. Текст

Бациллы (Лат. «Палка») - это род из Грамположительный, стержневидный бактерии, член филума Фирмикуты, с 266 именами разновидность. Этот термин также используется для описания формы (стержня) определенных бактерий; и множественное число Бациллы это имя учебный класс бактерий, к которым принадлежит этот род. Бациллы виды могут быть либо облигатные аэробы: кислород зависимый; или же факультативные анаэробы: способность продолжать жить без кислорода. Культивированный Бациллы положительный вид теста на фермент каталаза если кислород использовался или присутствует.[1]

Бациллы могут превратиться в овал эндоспоры и может оставаться в этом спящем состоянии годами. Сообщается, что эндоспора одного вида из Марокко выжила при нагревании до 420 ° C.[2] Образование эндоспор обычно вызывается недостатком питательных веществ: бактерия делится внутри своей клеточной стенки, и одна сторона затем поглощает другую. Они не верны споры (т.е. не потомок).[3] Формирование эндоспор первоначально определило род, но не все такие виды тесно связаны между собой, и многие виды были перемещены в другие роды этого вида. Фирмикуты.[4] На клетку образуется только одна эндоспора. Споры устойчивы к жаре, холоду, радиации, сушке и дезинфицирующим средствам. бацилла сибирской язвы нужен кислород для споруляции; это ограничение имеет важные последствия для эпидемиологии и контроля. In vivo, B. anthracis производит капсулу полипептида (полиглутаминовой кислоты), которая убивает его от фагоцитоза. Роды Бациллы и Clostridium составляют семью Bacillaceae. Виды идентифицируются по морфологическим и биохимическим критериям.[5] Потому что споры многих Бациллы виды устойчивы к теплу, радиации, дезинфицирующим средствам и высыханию, их трудно удалить из медицинских и фармацевтических материалов, и они являются частой причиной заражения. Они не только устойчивы к теплу, радиации и т. Д., Но также устойчивы к химическим веществам, таким как антибиотики.[6] Это сопротивление позволяет им выживать в течение многих лет, особенно в контролируемой среде.[7] Бациллы виды хорошо известны в пищевой промышленности как вредные организмы, вызывающие порчу.[5]

Вездесущий по своей природе, Бациллы включает как свободноживущие (непаразитарные) виды, так и два паразитический патогенный разновидность. Эти двое Бациллы виды имеют медицинское значение: B. anthracis причины сибирская язва; и B. cereus причины пищевое отравление.

Многие виды Бациллы может производить большое количество ферментов, которые используются в различных отраслях промышленности, например, при производстве альфа-амилаза используется в гидролизе крахмала и протеаза субтилизин используется в моющие средства. Б. subtilis представляет собой ценную модель для бактериальных исследований. Немного Бациллы виды могут синтезировать и секретировать липопептиды, особенно сурфактины и микосубтилины.[8][9]

Структура

Клеточная стенка

Клеточная стенка Бациллы представляет собой структуру снаружи клетки, которая образует второй барьер между бактерией и окружающей средой, и в то же время сохраняет форму стержня и выдерживает давление, создаваемое клеткой. тургор. Стенка клетки сделана из тейхойк и тейхуроновые кислоты. Б. subtilis это первая бактерия, для которой роль актин -подобно цитоскелет в определении формы клеток и пептидогликан был идентифицирован синтез, для которого был локализован весь набор ферментов, синтезирующих пептидогликаны. Роль цитоскелета в формировании и поддержании формы важна.

Бациллы виды представляют собой палочковидные, образующие эндоспоры аэробные или факультативно анаэробные грамположительные бактерии; у некоторых видов культуры с возрастом могут стать грамотрицательными. Многие виды этого рода демонстрируют широкий спектр физиологических способностей, которые позволяют им жить в любой естественной среде. На клетку образуется только одна эндоспора. Споры устойчивы к жаре, холоду, радиации, сушке и дезинфицирующим средствам.[5]

Происхождение имени

Род Бациллы был назван в 1835 г. Кристиан Готфрид Эренберг, чтобы содержать палочковидные (палочковидные) бактерии. Семью годами ранее он назвал род Бактерия. Бациллы позже был изменен Фердинанд Кон для дальнейшего описания их как спорообразующих, грамположительных, аэробных или факультативно анаэробных бактерий.[10] Как и другие роды, связанные с ранней историей микробиологии, такие как Псевдомонады и Вибрион, 266 видов Бациллы распространены повсеместно.[11] Род имеет очень большой рибосомальный 16S разнообразие.

Изоляция и идентификация

Простой способ изолировать Бациллы вид путем помещения нестерильной почвы в пробирка водой, встряхивая, помещая в растопленный маннитовый солевой агар, и инкубировать при комнатной температуре не менее суток. Культивируемые колонии обычно большие, разросшиеся и неправильной формы.

Под микроскопом Бациллы клетки выглядят как стержни, и значительная часть клеток обычно содержит овальные эндоспоры с одного конца, заставляя их выпирать.

Филогения

Было представлено три предложения, представляющих филогению рода Бациллы. Первое предложение, представленное в 2003 г., Бациллы- специфическое исследование, при котором наибольшее разнообразие охвачено с использованием регионов 16S и ITS. Он делит род на 10 групп. Это включает вложенные роды Paenibacillus, Brevibacillus, Геобациллы, Marinibacillus и Virgibacillus.[12]

Второе предложение, представленное в 2008 году,[13] построил дерево 16S (и 23S, если доступно) всех проверенных видов.[14][15] Род Бациллы содержит очень большое количество вложенных таксонов, в основном как 16S, так и 23S. это парафилетический к Лактобациллы (Лактобациллы, стрептококки, стафилококки, листериии т. д.), за счет Bacillus coahuilensis и другие.

Третье предложение, представленное в 2010 году, касалось генов конкатенация исследования и нашли результаты, аналогичные предложению 2008 года, но с гораздо более ограниченным числом видов с точки зрения групп.[16] (Эта схема использовала Листерия как внешняя группа, поэтому в свете дерева ARB она может быть «наизнанку»).

Одна клада, образованная бацилла сибирской язвы, Bacillus cereus, Bacillus mycoides, Bacillus pseudomycoides, Bacillus thuringiensis, и Bacillus weihenstephanensis согласно стандартам классификации 2011 года, они должны быть одним видом (в пределах 97% идентичности 16S), но по медицинским причинам они считаются отдельными видами[17]:34–35 (проблема также присутствует для четырех видов Шигелла и кишечная палочка ).[18]

Бациллы филогенетика
Корень
«патогенный»
 

Bacillus weihenstephanensis

 
 

Bacillus cereus /thuringiensis /антрацис

 
 
 
"почва"
 

Bacillus pumilus

 
 
 

Bacillus subtilis

 
 

Bacillus licheniformis

 
 
 
 
«бентосный»

Geobacillus kaustophilus

 
 
"водный"
 
 

Bacillus coahuilensis

 
 

Бациллы sp. м3-13

 
 
 

Бациллы sp. NRRLB-14911

 
 
 
«бентосный»

Oceanobacillus iheyensis

 
"галофилы"
 

Bacillus halodurans

 
 

Bacillus clausii

 
 
 
 
 
 
 
Филогения рода Бациллы в соответствии с [16]

Разновидность

Экологическое и клиническое значение

Бациллы виды широко распространены в природе, например в почве. Они могут возникать в экстремальных условиях, например при высоком pH (B. alcalophilus ), высокая температура (Б. термофильный ) и высокие концентрации солей (Б. halodurans ). B. thuringiensis производит токсин, убивающий насекомых, и поэтому использовался как инсектицид.[20] Б. siamensis содержит антимикробные соединения, которые подавляют патогены растений, такие как грибы Rhizoctonia solani и Botrytis cinerea, и они способствуют росту растений за счет летучих выбросов.[21] Некоторые виды Бациллы естественно компетентный для поглощения ДНК трансформация.[22]

  • Два Бациллы виды имеют медицинское значение: B. anthracis, что приводит к сибирская язва; и B. cereus, что приводит к пищевое отравление, с симптомами, аналогичными симптомам, вызванным Стафилококк.[23]
    • B. cereus производит токсины, которые вызывают 2 различных набора симптомов
      • рвотный токсин, который может вызвать рвоту и тошноту
      • понос
  • B. thuringiensis это важный насекомое патоген, а иногда используется для борьбы с насекомыми-вредителями.
  • Б. subtilis это важный модельный организм. Это также заметный спойлер, вызывающий вязкость хлеба и связанных с ним продуктов.
    • Б. subtilis также может производить и секретировать антибиотики.
  • Некоторые экологические и коммерческие штаммы Б. коагулянс может играть роль в порче продуктов на основе томатов с высокой кислотностью.

Промышленное значение

Много Бациллы виды способны выделять большое количество ферментов. Bacillus amyloliquefaciens является источником природного антибиотического белка Barnase (а рибонуклеаза ), альфа-амилаза используется при гидролизе крахмала, протеаза субтилизин используется с моющими средствами, а BamH1 рестрикционный фермент используется в исследованиях ДНК.

Часть Bacillus thuringiensis геном был включен в посевы кукурузы (и хлопка). Результирующий ГМО устойчивы к некоторым насекомым-вредителям. Бациллы виды продолжают оставаться доминирующими бактериальными рабочими лошадками в микробной ферментации. Bacillus subtilis (натто) является ключевым микробным участником непрерывного производства традиционной ферментации натто на основе сои, а некоторые Бациллы виды находятся в списке GRAS Управления по контролю за продуктами и лекарствами (в целом считается безопасным). Емкость выбранных Бациллы штаммы, продуцирующие и секретирующие большие количества (20-25 г / л) внеклеточных ферментов, сделали их одними из самых важных промышленных производителей ферментов. Способность различных видов ферментировать в кислых, нейтральных и щелочных диапазонах pH в сочетании с присутствием термофилов в этом роде привела к разработке множества новых коммерческих ферментных продуктов с желаемой температурой, pH-активностью и свойства стабильности для решения множества конкретных задач. Для разработки этих продуктов были использованы классические методы мутации и (или) отбора, а также передовые стратегии клонирования и белковой инженерии. Усилия по производству и секреции высоких выходов чужеродных рекомбинантных белков в Бациллы Первоначально казалось, что хозяевам мешает разложение продуктов протеазами хозяина. Недавние исследования показали, что медленное сворачивание гетерологичных белков на границе раздела мембрана-клеточная стенка грамположительных бактерий делает их уязвимыми для атак протеаз, связанных со стенками. Кроме того, наличие тиолдисульфид оксидоредуктаз в Б. subtilis может быть полезным при секреции белков, содержащих дисульфидные связи. Такие разработки, основанные на нашем понимании сложного механизма транслокации белков грамположительных бактерий, должны позволить решить текущие проблемы секреции и сделать Бациллы видные выдающиеся хозяева для производства гетерологичного белка. Бациллы штаммы также были разработаны и спроектированы как промышленные продуценты нуклеотидов, витамина рибофлавина, ароматизатора рибозы и добавки полигамма-глутаминовой кислоты. С недавней характеристикой генома Б. subtilis 168 и некоторых родственных штаммов, Бациллы Виды готовы стать предпочтительными хозяевами для производства многих новых и улучшенных продуктов, поскольку мы продвигаемся через геномную и протеомную эру.[24]

Использование в качестве модельного организма

Колонии модельного вида Bacillus subtilis на чашке с агаром.

Bacillus subtilis - один из наиболее изученных прокариот с точки зрения молекулярной и клеточной биологии. Его превосходная генетическая податливость и относительно большой размер предоставили мощные инструменты, необходимые для исследования бактерии со всех возможных аспектов. Последние улучшения в флуоресцентная микроскопия Методы предоставили новое понимание динамической структуры одноклеточного организма. Исследования по Б. subtilis был на переднем крае бактериальной молекулярной биологии и цитологии, и этот организм является моделью для дифференцировки, генной / белковой регуляции и событий клеточного цикла у бактерий.[25]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Печатная плата Turnbull (1996 г.). «Бациллы». В Baron S; и другие. (ред.). Bacillus. В: Медицинская микробиология Бэррона (4-е изд.). Univ Техасского медицинского отделения. ISBN  978-0-9631172-1-2.
  2. ^ «Поднимите огонь: споры бактерий могут выдерживать температуру до сотен градусов».
  3. ^ «Бактериальные эндоспоры». Колледж сельского хозяйства и наук о жизни Корнельского университета, факультет микробиологии. Проверено 21 октября 2018 года.
  4. ^ Мэдиган М; Мартинко Дж, ред. (2005). Биология микроорганизмов Брока (11-е изд.). Прентис Холл. ISBN  978-0-13-144329-7.
  5. ^ а б c https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK7699/
  6. ^ Кристи, Грэм; Сетлоу, Питер (2020-10-01). «Прорастание спор Bacillus: известные, неизвестные и то, что нам нужно изучить». Сотовая связь. 74: 109729. Дои:10.1016 / j.cellsig.2020.109729. ISSN  0898-6568. PMID  32721540.
  7. ^ Кристи, Грэм; Сетлоу, Питер (2020-10-01). «Прорастание спор Bacillus: известные, неизвестные и то, что нам нужно изучить». Сотовая связь. 74: 109729. Дои:10.1016 / j.cellsig.2020.109729. ISSN  0898-6568. PMID  32721540.
  8. ^ Нигрис, Себастьяно; Балдан, Энрико; Тонделло, Алессандра; Занелла, Филиппо; Витуло, Никола; Фаваро, Габриэлла; Гвидолин, Валерио; Бордин, Никола; Телатин, Андреа; Барицца, Элизабетта; Маркато, Стефания; Зоттини, Микела; Сквартини, Андреа; Валле, Джорджио; Балдан, Барбара (2018). «Биоконтрольные признаки Bacillus licheniformis GL174, культивируемого эндофита Vitis vinifera сорта Glera». BMC Microbiology. 18 (1): 133. Дои:10.1186 / s12866-018-1306-5. ЧВК  6192205. PMID  30326838.
  9. ^ Фаваро, Габриэлла; Богиалли, Сара; Ди Ганги, Иоле Мария; Нигрис, Себастьяно; Балдан, Энрико; Сквартини, Андреа; Пасторе, Паоло; Балдан, Барбара (2016). «Характеристика липопептидов, производимых Бациллы licheniformis using жидкостная хроматография с точной тандемной масс-спектрометрией ". Быстрые коммуникации в масс-спектрометрии. 30 (20): 2237–2252. Дои:10.1002 / RCM.7705. PMID  27487987.
  10. ^ (на немецком) Кон Ф .: Untersuchungen über Bakterien. Beitrage zur Biologie der Pflanzen Heft 2, 1872, 1, 127–224.
  11. ^ Вход Bacillus в LPSN; Euzéby, J.P. (1997). «Список названий бактерий с позиции в номенклатуре: папка, доступная в Интернете». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии. 47 (2): 590–2. Дои:10.1099/00207713-47-2-590. PMID  9103655.
  12. ^ Xu, D .; Кот, Ж. -К. (2003). «Филогенетические отношения между видами Bacillus и родственными родами, выведенные из сравнения нуклеотидных последовательностей 3'-конца 16S рДНК и 5'-конца 16S-23S ITS». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии. 53 (3): 695–704. Дои:10.1099 / Ijs.0.02346-0. PMID  12807189.
  13. ^ http://www.arb-silva.de/fileadmin/silva_databases/living_tree/LTP_release_104/LTPs104_SSU_tree.pdf
  14. ^ Ярза, П .; Richter, M .; Peplies, J. R .; Euzeby, J .; Amann, R .; Schleifer, K. H .; Ludwig, W .; Glöckner, F. O .; Росселло-Мора Р. (2008). «Проект« Живое дерево всех видов »: филогенетическое дерево на основе 16S рРНК всех штаммов секвенированного типа». Систематическая и прикладная микробиология. 31 (4): 241–250. Дои:10.1016 / j.syapm.2008.07.001. HDL:10261/103580. PMID  18692976.
  15. ^ Ярза, П .; Ludwig, W .; Euzéby, J .; Amann, R .; Schleifer, K. H .; Glöckner, F. O .; Росселло-Мора Р. (2010). «Обновление проекта« Живое дерево всех видов »на основе анализа последовательностей 16S и 23S рРНК». Систематическая и прикладная микробиология. 33 (6): 291–299. Дои:10.1016 / j.syapm.2010.08.001. HDL:10261/54801. PMID  20817437.
  16. ^ а б Alcaraz, L .; Moreno-Hagelsieb, G .; Eguiarte, L.E .; Соуза, В .; Herrera-Estrella, L .; Ольмедо, Г. (2010). «Понимание эволюционных отношений и основных черт Bacillus посредством сравнительной геномики». BMC Genomics. 11: 332. Дои:10.1186/1471-2164-11-332. ЧВК  2890564. PMID  20504335. 1471216411332.
  17. ^ Оле Андреас Окстад и Анн-Брит Колстё Глава 2: «Геномика видов Bacillus» в M. Wiedmann, W. Zhang (ред.), Геномика бактериальных патогенов пищевого происхождения, 29 Пищевая микробиология и безопасность пищевых продуктов. Springer Science + Business Media, LLC 2011 DOI 10.1007 / 978-1-4419-7686-4_2
  18. ^ Бреннер (Д.Дж.): Семейство I. Enterobacteriaceae Rahn 1937, Nom. fam. минусы Мнение. 15, Jud. Com. 1958, 73; Юинг, Фармер и Бреннер 1980, 674; Судебная комиссия 1981, 104. В: Н.Р. Криг и Дж. Холт (ред.), Руководство Берджи по систематической бактериологии, издание первое, т. 1, The Williams & Wilkins Co, Балтимор, 1984, стр. 408-420.
  19. ^ Лошон, Чарльз А .; Beary, Katherine E .; Гувейя, Кристина; Грей, Элизабет З .; Сантьяго-Лара, Летисия М .; Сетлоу, Питер (март 1998). «Нуклеотидная последовательность генов sspE, кодирующих небольшие кислоторастворимые споровые белки γ-типа из круглоспорообразующих бактерий Bacillus aminovorans, Sporosarcina halophila и S. ureae». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура и экспрессия гена. 1396 (2): 148–152. Дои:10.1016 / S0167-4781 (97) 00204-2. PMID  9540829.
  20. ^ Джоан Л. Слончевски и Джон В. Фостер (2011), Микробиология: развивающаяся наука (2-е издание), Нортон
  21. ^ Чжон, Хэён; Чон, Да-Ын; Ким, Сун Хонг; Сон, Гын Чхоль; Пак, Су-Ён; Рю, Чунг-Мин; Пак, Сын-Хван; Чой, Су-Гын (2012-08-01). «Проект последовательности генома бактерии Bacillus siamensis KCTC 13613T, способствующей росту растений». Журнал бактериологии. 194 (15): 4148–4149. Дои:10.1128 / JB.00805-12. ISSN  0021-9193. ЧВК  3416560. PMID  22815459.
  22. ^ Keen, E; Блисковский, В; Адхья, S; Дантас, G (2017). «Проект геномной последовательности естественно компетентного штамма Bacillus simplex WY10». Анонсы генома. 5 (46): e01295–17. Дои:10.1128 / геномA.01295-17. ЧВК  5690344. PMID  29146837.
  23. ^ Райан К.Дж.; Рэй CG, ред. (2004). Шеррис Медицинская микробиология (4-е изд.). Макгроу Хилл. ISBN  978-0-8385-8529-0.
  24. ^ Schallmey, M .; Сингх, А .; Уорд, О. П. (2004). «Развитие использования видов Bacillus для промышленного производства». Канадский журнал микробиологии. 50 (1): 1–17. Дои:10.1139 / w03-076. PMID  15052317.
  25. ^ Грауман П., изд. (2012). Бациллы: клеточная и молекулярная биология (2-е изд.). Caister Academic Press. ISBN  978-1-904455-97-4. [1].
  26. ^ Эш, Кэрол; Priest, Fergus G .; Коллинз, М. Дэвид (1994). «Молекулярная идентификация бацилл группы рРНК 3 (Эш, Фэрроу, Уоллбэнкс и Коллинз) с использованием теста ПЦР». Антони ван Левенгук. 64 (3–4): 253–260. Дои:10.1007 / BF00873085. PMID  8085788. S2CID  7391845.
  27. ^ Heyndrickx, M .; Леббе, Л .; Kersters, K .; De Vos, P .; Forsyth, G .; Логан, Н. А. (1 января 1998 г.). «Virgibacillus: новый род, соответствующий Bacillus pantothenticus (Proom and Knight 1950). Исправленное описание Virgibacillus pantothenticus». Международный журнал систематической бактериологии. 48 (1): 99–106. Дои:10.1099/00207713-48-1-99.

внешняя ссылка

  • Бациллы геномы и связанную информацию на ПАТРИК Ресурсный центр по биоинформатике, финансируемый НИАИД