Bacillus thuringiensis kenmerken, morfologie, levenscyclus

bacil thuringiensis is een bacterie die behoort tot een grote groep gram-positieve bacteriën, sommige pathogeen en andere totaal onschadelijk. Het is een van de bacteriën die het meest is onderzocht vanwege het nut ervan in de landbouw.

Dit nut is dat deze bacterie de eigenaardigheid heeft van het produceren tijdens zijn sporulatiefase kristallen die eiwitten bevatten die giftig blijken te zijn voor bepaalde insecten die echte plagen voor gewassen vormen.

Een van de meest opvallende kenmerken van de Bacillus thuringiensis Zijn hoge specificiteit, veiligheid voor mens, plant en dier, evenals zijn minimale overblijfselen worden gevonden. Met deze eigenschappen kon hij zichzelf positioneren als een van de beste opties voor de behandeling en bestrijding van plagen die gewassen hebben geplaagd.

Het succesvolle gebruik van deze bacterie werd duidelijk in 1938 toen het eerste pesticide met zijn sporen ontstond. Van daaruit is de geschiedenis lang geweest en heeft het door het geratificeerd Bacillus thuringiensis als een van de beste opties als het gaat om het beheersen van landbouwongedierte.

index

• 1 Taxonomie
• 2 Morfologie
• 3 Algemene kenmerken
• 4 Levenscyclus
  • 4.1 Het toxine
• 5 Gebruik bij ongediertebestrijding
  • 5.1 Werkingsmechanisme van het toxine
  • 5.2 Bacillus thuringiensis en pesticiden
  • 5.3 Bacillus thuringiensis en transgene voedingsmiddelen
• 6 Effecten op het insect
• 7 Referenties

taxonomie

De taxonomische classificatie van Bacillus thuringiensis Het is:

domein: bacterie

Filo: Firmicutes

klasse: Bacilli

volgorde: Bacillales

familie: Bacillaceae

genre: bacil

soorten: Bacillus thuringiensis

morfologie

Het zijn bacteriën die de vorm hebben van staven met afgeronde uiteinden. Ze presenteren een patroon van perimeter flagellatie, met flagella verdeeld over het celoppervlak.

Het heeft afmetingen van 3-5 micron lang en 1-1,2 micron breed. In hun experimentele culturen worden circulaire kolonies waargenomen met een diameter van 3-8 mm, met regelmatige randen en een "matglazen" uiterlijk..

Bij het waarnemen van de elektronenmicroscoop worden de typerende langwerpige cellen waargenomen, verbonden in korte ketens.

Deze soort bacteriën produceert sporen met een karakteristieke ellipsoïde vorm en bevindt zich in het centrale deel van de cel, zonder vervorming van dezelfde cel te veroorzaken.

Algemene kenmerken

Ten eerste, de Bacillus thuringiensis is een gram-positieve bacterie, wat betekent dat wanneer het wordt onderworpen aan het Gram-kleuringsproces, het een violette kleur krijgt.

Evenzo is het een bacterie die wordt gekenmerkt door zijn vermogen om verschillende omgevingen te koloniseren. Het was mogelijk om het in alle grondsoorten te isoleren. Het heeft een brede geografische spreiding, zelfs gevonden in Antarctica, een van de meest vijandige omgevingen op aarde.

Presenteert een actief metabolisme, waarbij koolhydraten zoals glucose, fructose, ribose, maltose en trehalose kunnen worden gefermenteerd. Het kan ook zetmeel, gelatine, glycogeen en N-acetyl-glucosamine hydrolyseren.

In diezelfde volgorde van ideeën, de Bacillus thuringiensis Het is katalase-positief en kan waterstofperoxide in water en zuurstof ontleden.

Wanneer het in agarbloedmedium is gekweekt, is een patroon van beta-hemolyse waargenomen, wat betekent dat deze bacterie in staat is om erytrocyten volledig te vernietigen..

Wat betreft de milieuvereisten voor groei, vereist dit temperatuurbereiken van 10 - 15 ° C tot 40 - 45 ° C. Op dezelfde manier ligt de optimale pH tussen 5,7 en 7.

de Bacillus thuringiensis Het is een strikte aerobe bacterie. Verplicht moet zich in een omgeving bevinden met een ruime beschikbaarheid van zuurstof.

Het onderscheidende kenmerk van de Bacillus thuringiensis is dat tijdens het proces van sporulatie, het kristallen genereert die worden gevormd door een eiwit dat bekend staat als delta-toxine. Binnen deze twee groepen zijn geïdentificeerd: de Cry en de Cyt.

Dit toxine is in staat om de dood van bepaalde insecten te veroorzaken die echte plagen zijn voor verschillende soorten gewassen.

Levenscyclus

B. thuringiensis Het presenteert een levenscyclus met twee fasen: een ervan wordt gekenmerkt door vegetatieve groei, een andere door sporulatie. De eerste treedt op onder gunstige omstandigheden voor ontwikkeling, zoals voedselrijke omgevingen, de tweede onder ongunstige omstandigheden, met een tekort aan voedingssubstraat.

Insectlarven zoals vlinders, kevers of vliegen, kunnen onder andere endosporen van de bacteriën eten door zich te voeden met de bladeren, vruchten of andere delen van de plant. B. thuringiensis.

In het spijsverteringskanaal van het insect lost het gekristalliseerde eiwit van de bacterie op en wordt geactiveerd door de alkalische eigenschappen van het insect. Het eiwit bindt zich aan een receptor in de darmcellen van het insect en vormt een porie die de elektrolytbalans beïnvloedt, waardoor de dood van het insect wordt veroorzaakt.

Zo gebruikt de bacterie de weefsels van het dode insect voor zijn voeding, vermenigvuldiging en vorming van nieuwe sporen die nieuwe gastheren zullen infecteren..

Het toxine

De toxines geproduceerd door B. thuringiensis ze vertonen een zeer specifieke werking bij ongewervelde dieren en zijn onschadelijk bij gewervelde dieren. De parasporale insluitsels van B. thuringensis ze hebben verschillende eiwitten met uiteenlopende en synergetische activiteit.

B. thuringiensis Het heeft vele virulentiefactoren die behoren naast de Cry en Cyt delta- endotoxinen, exotoxinen bepaalde alfa- en beta, chitinases, enterotoxinen, fosfolipasen en hemolysinen, die efficiëntie verbeteren entomopathogene.

De toxische eiwitkristallen van B. thuringiensis, ze worden in de bodem afgebroken door microbiële werking en kunnen worden gedenatureerd door de incidentie van zonnestraling.

Gebruikt bij ongediertebestrijding

Het entomopathogene potentieel van Bacillus thuringiensis wordt al meer dan 50 jaar sterk gebruikt voor de bescherming van gewassen.

Dankzij de ontwikkeling van de biotechnologie en de vooruitgang in deze, is het mogelijk geweest om de toxische effect te gebruiken via twee belangrijke routes: ontwikkeling van pesticiden die rechtstreeks op gewassen en de creatie van transgene voedingsmiddelen.

Werkingsmechanisme van het toxine

Om het belang van deze bacterie bij de bestrijding van plagen te begrijpen, is het belangrijk om te weten hoe de toxine in het organisme van het insect aanvalt..

Het werkingsmechanisme is verdeeld in vier fasen:

Solubilisatie en verwerking van Cry-protoxinen: de kristallen opgenomen door de insectenlarve lossen op in de darm. Door actie van de proteasen die aanwezig zijn, worden ze getransformeerd in actieve toxinen. Deze toxines gaan door het zogenaamde peritrofe membraan (beschermend membraan van darmepitheelcellen).

Unie aan de ontvangers: de toxines binden zich aan specifieke plaatsen die zich bevinden in de microvilli van de darmcellen van het insect.

Invoeging in het membraan en vorming van de porie: Cry-eiwitten worden ingebracht in het membraan en veroorzaken totale vernietiging van het weefsel door de vorming van ionkanalen.

cytolyse: dood van darmcellen. Dit gebeurt via verschillende mechanismen, waarvan de meest bekende osmotische cytolyse en inactivatie van het systeem is die de pH-balans handhaaft.

Bacillus thuringiensis en de pesticiden

Nadat het toxische effect van de door de bacterie geproduceerde eiwitten was geverifieerd, werd het potentiële gebruik ervan bij de bestrijding van plagen in gewassen bestudeerd..

Er zijn veel studies uitgevoerd om de pesticide-eigenschappen van het door deze bacteriën geproduceerde toxine te bepalen. Vanwege de positieve resultaten van deze onderzoeken, Bacillus thuringiensis Het is het biologische insecticide geworden dat het meest wereldwijd wordt gebruikt om plagen te bestrijden die verschillende gewassen beschadigen en negatief beïnvloeden.

Bioinsecticiden gebaseerd op Bacillus thuringiensis Ze zijn in de loop van de tijd geëvolueerd. Aangezien de eerste die slechts sporen en kristallen, die zogenaamde derde generatie recombinante bacteriën die het Bt-toxine geproduceerd en hebben voordelen wat betreft plantenweefsels bereiken.

Het belang van het toxine dat door deze bacterie wordt geproduceerd, is dat het niet alleen effectief is tegen insecten, maar ook tegen andere organismen zoals nematoden, protozoa en trematoden..

Het is belangrijk om duidelijk te maken dat dit toxine volledig onschadelijk is in andere soorten levende wezens zoals gewervelde dieren, een groep waartoe de mens behoort. Dit komt omdat de interne condities van het spijsverteringsstelsel niet geschikt zijn voor de proliferatie en het effect ervan.

Bacillus thuringiensis en transgene voedingsmiddelen

Dankzij technologische vooruitgang, met name de ontwikkeling van recombinante DNA-technologie, is het mogelijk geworden om planten te creëren die genetisch immuun zijn voor het effect van insecten die de gewassen verwoesten. Deze planten zijn generiek bekend als transgene voedingsmiddelen of genetisch gemodificeerde organismen.

Deze technologie bestaat uit het identificeren in het genoom van de bacterie van de sequentie van genen die coderen voor de expressie van toxische eiwitten. Later worden die genen overgebracht naar het genoom van de te behandelen plant.

Wanneer de plant groeit en zich ontwikkelt, begint het het toxine te synthetiseren dat eerder door de plant werd geproduceerd Bacillus thuringiensis, dan immuun zijn voor de werking van insecten.

Er zijn verschillende fabrieken waarin deze technologie is toegepast. Hiertoe behoren maïs, katoen, aardappelen en sojabonen. Deze gewassen staan ​​bekend als bt-maïs, bt-katoen, enz..

Natuurlijk hebben deze genetisch gemodificeerde voedingsmiddelen enige bezorgdheid gewekt bij de bevolking. Echter, in een rapport gepubliceerd door de Environment Agency van de Verenigde Staten vastgesteld dat deze voedingsmiddelen, tot op heden zijn er geen toxiciteit of schade, of menselijke wezens of hogere dieren getoond.

Effecten op het insect

De kristallen van B. thuringiensis ze lossen op in de darm van het insect met een hoge pH en de protoxinen en andere enzymen en proteïnen komen vrij. Aldus worden protoxinen omgezet in actieve toxinen die hechten aan de gespecialiseerde receptormoleculen van de darmcellen.

Het toxine van B. thuringiensis produceert in het insect ophoudt opname, verlamming van de darm, braken, onevenwichtigheden in uitscheiding, osmotische decompensatie, algemene verlamming en uiteindelijk de dood.

Door de werking van het toxine komen ernstige beschadigingen die de werking van het toxine verhinderen, in het darmweefsel voor, waardoor de assimilatie van de voedingsstoffen wordt beïnvloed..

Er is overwogen dat de dood van het insect kan worden veroorzaakt door de kieming van sporen en de proliferatie van vegetatieve cellen in de hemocoel van het insect.

Men denkt echter dat de mortaliteit eerder afhangt van de werking van commensale bacteriën die de darm van het insect bewonen en die na de werking van het toxine van B. thuringiensis zou septicaemia kunnen veroorzaken.

Het toxine B. thuringiensis het heeft geen invloed op vertebraten, omdat de vertering van voedsel in de laatste wordt uitgevoerd in zure media, waar het toxine niet is geactiveerd.

Hoogtepunten zijn hoge specificiteit in insecten, vooral bekend voor lepidoptera. Het wordt als veilig beschouwd voor het grootste deel van de entomofauna en heeft geen schadelijke werking op planten, dat wil zeggen, het is niet fytotoxisch.

referenties

1. Hoffe, H. en Whiteley, H. (1989, juni). Insecticidal Crystal Proteins of Bacillus thuringiensis. Microbiologisch onderzoek. 53 (2). 242-255.
2. Martin, P. en Travers, R. (1989, oktober). Wereldwijde overvloed en distributie van Bacillus thuringiensis Toegepaste en Environmental Microbiology. 55 (10). 2437-2442.
3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. en Yeon, H. (2007). Bacillus thuringiensis als een specifiek, veilig en effectief instrument voor ongediertebestrijding door insecten. Journal of Microbiology and Biotechnology.17 (4). 547-559
4. Sauka, D. en Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: algemeenheden Een benadering van het gebruik ervan bij de biologische bestrijding van lepidoptera-insecten die schadelijk zijn voor de landbouw. Argentine Journal of Microbiology. 40. 124-140
5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. en Dean H. (1998, september). Bacillus thuringiensis en zijn Pesticidal Crystal Protein. Microbiologie en Moleculaire Biologie Beoordelingen. 62 (3). 775-806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. en Villalobos, S. (2018, januari). Het geslacht Bacillus als middelen voor biologische bestrijding en de implicaties daarvan voor bioveiligheid in de landbouw. Mexican Journal of Phytopathology. Online publicatie.