BACILLUS: KENMERKEN, VOORTPLANTING, VOEDING, ZIEKTEN - BIOLOGIE - 2025

Bacillus is een bacteriegeslacht in de Firmicutes-divisie dat wordt gekenmerkt door sporenvormend onder aerobe omstandigheden. Ze zijn staafvormig en zijn over het algemeen Gram-positief (hoewel sommige Gram-variabel zijn), met kolonies die organismen vertonen die roze kleuren en andere die paars kleuren.

In deze gevallen hebben onderzoekers ontdekt dat het aantal organismen dat reageert als gramnegatief toeneemt met de leeftijd van de kolonie als gevolg van een afname in de dikte van de petidoglycaanlaag.

Bacillus flexus. Genomen en bewerkt door: Dr. Sahay.

Bacteriën van dit geslacht kunnen strikt aëroob of facultatief anaëroob zijn. De meeste zijn mobiel vanwege de aanwezigheid van flagellen, maar er zijn ook niet-mobiele vertegenwoordigers. Ze zijn te vinden in vrijwel elke omgeving op aarde, inclusief extreme omgevingen, van grote hoogte tot de zeebodem.

Het geslacht werd in 1835 gebruikt door Christian Gottfried Ehrenberg om staafvormige bacteriën te definiëren, maar werd later opnieuw gedefinieerd door Ferdinand Cohn en gebruikt om sporenvormende bacillen te groeperen onder aërobe, grampositieve en facultatieve aërobe of anaërobe omstandigheden.

Sommige soorten zijn van medisch belang omdat ze ziekten kunnen veroorzaken zoals miltvuur (Bacillus anthracis) of door voedsel overgedragen ziekten (Bacillus cereus). Andere worden gebruikt om antibiotica, enzymen, als probiotica of in fermentatieprocessen en in de landbouw te verkrijgen.

Algemene karakteristieken

Het belangrijkste kenmerkende kenmerk van het geslacht is het vermogen om endosporen te produceren onder aërobe omstandigheden. Deze sporen worden gekenmerkt doordat ze bestand zijn tegen hoge temperaturen, uitdroging, de werking van ontsmettingsmiddelen en zelfs straling.

De celwand bestaat uit verschillende lagen peptidoglycanen die met elkaar zijn verweven, waardoor een sterk skelet wordt gevormd dat de celvorm behoudt en teichoïnezuur en lipotheichoïnezuur bevat.

Ze zijn staafvormig, recht of licht gebogen en kunnen afzonderlijk, in paren en soms in kettingen worden aangetroffen. De overgrote meerderheid van hen is mobiel vanwege de aanwezigheid van peritrichous flagella, dat wil zeggen dat ze in alle richtingen uitsteken. Bacillus anthracis mist echter flagella.

De meeste bacteriën van dit geslacht zijn Gram-positief, maar sommige zijn Gram-variabel, dat wil zeggen dat ze roze of paars kunnen kleuren. Dit komt doordat de peptidoglycaanlaag minder dik en complex kan worden naarmate de bacteriën ouder worden, waardoor het kristalviolet niet kan worden vastgehouden bij behandeling met alcohol.

Het zijn alomtegenwoordige en zeer resistente organismen, met soorten die bestand zijn tegen zeer hoge temperaturen (thermofiel) of zeer laag (psychrofiel). Er zijn ook soorten die zeer zure of zeer basische omgevingen kunnen verdragen voor andere soorten.

Sommige soorten zijn strikt aëroob en kunnen niet overleven in zuurstofloze omstandigheden, terwijl andere soorten facultatief anaëroob zijn.

Morfologie

Bacillus-bacteriën kunnen staafvormig, recht of licht gebogen zijn, meestal met een rond uiteinde, hoewel sommige cellen als vierkant zijn beschreven (bijv. Bacillus cereus).

De cellen hebben een diameter die varieert van 0,4 tot 1,8 micron en een lengte van 0,9 tot 10,0 micron. De afmetingen van cellen binnen elke soort en binnen elke stam vertonen meestal weinig variabiliteit.

Cellen komen afzonderlijk en in paren voor, sommige in ketens en soms in lange filamenten. Afhankelijk van de soort, stam en kweekomstandigheden kunnen dochtercellen scheiden.

Dus de kweek lijkt te zijn samengesteld uit individuele cellen en paren delende cellen, gezien door fasecontrastmicroscopie. In andere gevallen kunnen de dochtercellen aan elkaar gehecht blijven en zo celketens vertonen.

De morfologie van de sporen is een taxonomisch kenmerk, hoewel er binnen bepaalde stammen enige variatie kan bestaan. De meest voorkomende sporen zijn ellipsvormig of ovaal van vorm, maar vormen variëren van cilindrisch tot ellipsvormig, bolvormig of onregelmatig van vorm die doet denken aan een nier of banaan.

Taxonomie en classificatie

Taxonomisch gezien bevindt het geslacht Bacillus zich in de Phylum Firmicutes, Class Bacilli, Order Bacillales, Family Bacillacea. Dit geslacht werd in 1835 door Christian Gottfried Ehrenberg gebruikt om staafvormige bacteriën te groeperen.

Vervolgens definieerde Ferdinand Cohn in 1872 de groep opnieuw als sporenvormende, hittebestendige, grampositieve en facultatieve aërobe of anaërobe bacteriën. De typesoort van het geslacht is Bacillus subtilis.

Onderzoekers stelden in 1991 vast dat het geslacht Bacillus, zoals het tot nu toe was behandeld, polyfyletisch was. Daarom voerden ze een herschikking uit van de Bacillus sensu lato-groep, waaruit vijf nieuwe geslachten werden gehaald.

Het geslacht is onderverdeeld in twee groepen, enerzijds de groep van B. subtilis en verwante soorten, en anderzijds de groep B. cereus. De eerste groepeert organismen met een diameter kleiner dan 1 μm, niet-gezwollen sporangium en ellipsvormige sporen.

De tweede groep bevat daarentegen soorten met een diameter van meer dan 1 μm, met een niet-gezwollen sporangium en elpsoidale sporen.

Waar zijn ze gevonden?

Bacillus-bacteriën zijn voornamelijk geïsoleerd uit aarde, water, voedsel en klinische monsters. Maar ze zijn ook aangetroffen in de meest ongewone omgevingen, zoals in oceanische sedimenten duizenden meters onder zeeniveau en in stratosferische luchtmonsters, in zure geothermische poelen, in sterk alkalisch grondwater en in terminale hypersaline meren.

Anderen zijn ontdekt in door mensen gemaakte nissen, van Mexicaanse graven en vervallen Romeinse muurschilderingen tot ultraschone kamers in assemblagefaciliteiten voor ruimtevaartuigen.

Planten zijn ook een rijke bron van nieuwe Bacillus-soorten, sommige endofytisch en andere geassocieerd met de rhizosfeer.

Reproductie

Bacteriën van het geslacht Bacillus hebben twee vormen van ongeslachtelijke voortplanting: binaire splitsing en sporulatie.

Binaire splitsing

Binaire splitsing is een soort reproductie die optreedt wanneer de bacterie zich in een gunstige omgeving bevindt voor zijn ontwikkeling en exponentiële groei mogelijk maakt. Binaire splitsing omvat mitotische deling resulterend in twee identieke dochtercellen.

Bacillus subtilis-cultuur. Genomen en bewerkt uit: A twijfel.

Reproductie van sporulatie

Dit tweede type staat ook bekend om de vorming van sporen. Het verschijnt als er een soort stress is in de kolonie. Tijdens sporulatie treedt asymmetrische celdeling op, wat resulteert in de vorming van een grotere cel (stamcel) en een kleinere cel (pre-spore).

De prespore wordt omsloten door de stamcel en bedekt met verschillende beschermende lagen, die waterverlies genereren en zijn rijpheid mogelijk maken. Daarna vindt de lysis van de stamcel plaats en de afgifte van de endospore, die inactief kan blijven totdat de gunstige omstandigheden zijn hersteld.

Deze endospore is, zoals eerder vermeld, bestand tegen extreme temperaturen, uitdroging, de werking van detergenten en straling, en is de belangrijkste oorzaak van de resistentie van deze bacteriën en hun vermogen om elke omgeving te koloniseren.

Voeding

De meeste bacteriën van het geslacht Bacillus worden in de grond aangetroffen en hun voeding is saprofytisch, dat wil zeggen dat ze zich voeden met ontbindend organisch materiaal.

Andere soorten vormen de bacteriële flora van dieren. In deze gevallen bouwen ze een symbiotische relatie op waarin ze profiteren van het voedsel dat door hun gastheer wordt ingenomen en enzymen produceren die helpen bij de vertering van dit voedsel.

Ten slotte kunnen sommige soorten optreden als opportunistische parasieten, die zich rechtstreeks op hun gastheer voeden.

Ziekten

De meeste Bacillus-soorten zijn niet-pathogeen en zijn zelden in verband gebracht met ziekten bij mensen of andere dieren. Anthrax is de bekendste aandoening die wordt veroorzaakt door dit type bacteriën, hoewel voedselvergiftiging en opportunistische infecties veroorzaakt door Bacillus cereus ook vaak voorkomen.

Anthrax of miltvuur

Deze ziekte is zeer besmettelijk en wordt veroorzaakt door de bacterie Bacillus anthracis. Het kan verschillende delen van het lichaam aantasten en de pathogeniteit ervan hangt af van het aangetaste weefsel, de vorm van infectie en de tijd die nodig is vanaf de infectie om met de behandeling te beginnen.

Bacillus anthracis-kweek, stam verzameld in Kaimedo, Tokio, Japan, locatie van het bioterrorisme-incident in 1993. Genomen en bewerkt uit: Centers for Disease Control, Verenigde Staten.

De meest agressieve vorm van de ziekte is pulmonale miltvuur, die een hoog sterftecijfer heeft. Het kan ook de huid (cutane miltvuur) of het spijsverteringsstelsel aantasten. Anthrax kan elk warmbloedig dier aanvallen, inclusief de mens.

De karkassen van dieren die door de ziekte zijn gedood, evenals land dat is verontreinigd met uitwerpselen, of bloed van besmette dieren, vormen reservoirs van de ziekte.

Fried Rice-syndroom

Het is een hemetisch syndroom dat voornamelijk optreedt als gevolg van de consumptie van slecht behandelde rijst, maar het kan ook optreden als gevolg van de consumptie van zuivelproducten en ander voedsel. De veroorzaker is de bacterie Bacillus cereus.

Dit syndroom wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van misselijkheid en braken, die 1 tot 5 uur na inname van besmet voedsel optreden. Buikkrampen kunnen ook voorkomen, maar diarree is zeldzaam.

Het is een zelfbeperkte ziekte die over het algemeen niet langer duurt dan 48 uur, waarbij het belangrijk is om uitdroging, rust en zuivelconsumptie te vermijden zolang de symptomen van het syndroom aanhouden.

Endoftalmitis

Endoftalmitis is een ooginfectie die wordt veroorzaakt door verschillende pathogene organismen. De ontstekingsreactie van het geïnfecteerde orgaan kan trauma aan hetzelfde oog veroorzaken.

Verschillende soorten bacteriën zijn gerelateerd aan deze ziekte, een van de meest relevante is Bacillus cereus, wiens infecties laesies veroorzaken met gereserveerde prognoses.

De behandeling van de ziekte bestaat uit het toedienen van clindamycine of vancomycine aan de patiënt, dexamethason wordt ook aanbevolen. Soms kan de ziekte het gezichtsvermogen aantasten. In deze gevallen wordt chirurgische verwijdering van het glasvocht aanbevolen.

Andere ziekten

Bacillus-bacteriën zijn gerelateerd aan verschillende ziekten die vooral mensen met een verzwakt immuunsysteem treffen. Deze ziekten omvatten endocarditis, bacteriëmie, huid- en musculoskeletale infecties, evenals keratitis.

De Bacillus megaterium-soort, een van de grootste soorten bacteriën, kan hersenabcessen veroorzaken.

Bacillus megatierium. Genomen en bewerkt uit: Alexastely.

Toepassingen

Probiotica

Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie zijn probiotica levende micro-organismen die gunstige effecten hebben op de gezondheid van mensen of dieren die ze in voldoende hoeveelheden via hun voeding consumeren.

Sommige soorten Bacillus worden als probiotica gebruikt, waaronder B. coagulans. Onder de voordelen van het eten van deze bacterie, hebben onderzoekers gesuggereerd dat het de symptomen van het prikkelbare darmsyndroom verlicht. Het verlicht ook de symptomen van reumatoïde artritis en winderigheid.

Een ander lid van het geslacht dat als probioticum wordt gebruikt, is B. subtilis. Een van de voordelen van dit organisme als probioticum zijn de verlichting van darmontstekingen en urogenitale infecties en het stoppen van diarree.

De sporen van deze bacterie werken op hun beurt tegen oxidatieve stress veroorzaakt door keratinocyitis.

Biologische controller

Bacteriën van het geslacht Bacillus produceren een verscheidenheid aan stoffen met antibiotische eigenschappen die de groei van fytopathogene organismen remmen, zoals niet-ribosomale cyclische lipopeptiden en δ-endotoxinen. Het wordt ook gebruikt in de farmacologische industrie om antibiotica tegen menselijke pathogenen te verkrijgen.

Ongeveer 75% van de biopesticiden die wereldwijd op de markt worden gebracht, wordt geproduceerd op basis van Bacillus thuringiensis. Andere soorten, zoals B. subtilis, B. pumilus en B. amyloliquefaciens, worden ook commercieel gebruikt, voornamelijk voor de vervaardiging van fungiciden.

Andere gebruiken

De industrie gebruikt ook bacteriën van het geslacht Bacillus ook voor de commerciële productie van enzymen en voor de productie van wasmiddelen. Bovendien behoren ze tot de meest gebruikte micro-organismen in onder meer microbiologie, moleculaire biologie of genetische manipulatie.

Levenscyclus

Onder adequate omstandigheden van onder meer voeding, temperatuur, pH, atmosferische samenstelling groeien en delen Bacilluscellen door binaire splitsing, een vorm van ongeslachtelijke voortplanting die bestaat uit DNA-duplicatie, gevolgd door de deling van het cytoplasma door een septum scheidingslijn die het midden van de cel kruist, waardoor twee dochtercellen ontstaan.

Tegenvallende situaties

Wanneer de omgevingsomstandigheden echter ongunstig zijn, genereren vegetatieve cellen endosporen, dit zijn cellulaire structuren die geen ATP bevatten en die een extreem latent metabolisme hebben, wat resistentie verleent.

Endosporen vormen zich aan het einde van de exponentiële groeifase. Van vele andere factoren is bekend dat ze de vorming van endosporen beïnvloeden, zoals groeitemperatuur, omgevings-pH, beluchting, de aanwezigheid van bepaalde mineralen en bronnen van koolstof, stikstof en fosfor en hun concentraties. Een andere invloed is de bevolkingsdichtheid.

Stappen slapende sporen-vegetatieve cellen

De omzetting van slapende sporen in vegetatieve cellen omvat drie stappen: activering, ontkieming en uitgroei. De inactiviteit wordt onderbroken door gunstige temperatuurveranderingen of door veroudering van de cellen.

Veel soorten hebben een dergelijke activering echter niet nodig. Bij het verlaten van de kiemrust, als de sporen geschikte omgevingsomstandigheden tegenkomen, wordt ontkieming teweeggebracht, door het verlies van refractantie, een snelle hydrolyse van de cortex en de afbraak van kleine oplosbare zure eiwitten die het resistent maken tegen agentia. chemische stof en straling.

De protoplast van de ontkiemde sporen zwelt zichtbaar op door de opname van water, de biosynthese wordt hervat en een nieuwe vegetatieve cel komt tevoorschijn uit de rotamsporenlaag, waardoor een nieuwe periode van vegetatieve voortplanting ontstaat.

Uitgelichte soorten

Bacillus cereus

Deze soort is een Gram-positieve bacterie die veel voorkomt in bodem, water en voedsel in alle gematigde streken van de wereld. Het is een facultatieve anaërobe soort die kan bewegen door de werking van peritrichous flagella.

Deze bacterie is een van de belangrijkste veroorzakers van door voedsel overgedragen ziekten, met de mogelijkheid van braak- of toxisch-infectieus syndroom. Bacillus cereus kan ook verschillende niet-gastro-intestinale ziekten veroorzaken, zoals endocarditis, bacteriëmie, endoftalmitis of chronische huidinfecties.

Vanwege het feit dat het zeer resistente endosporen heeft, wordt het niet verwijderd door koken en ook niet door bevriezing, maar het laatste stopt zijn groei, dus het is raadzaam om temperaturen onder 6 ° C te gebruiken als het voedsel moet worden bewaard voor lange tijd.

Bacillus anthracis

Het is een soort van het geslacht dat wordt gekenmerkt door immobiel te zijn vanwege de afwezigheid van flagella, in tegenstelling tot wat er gebeurt met de rest van de vertegenwoordigers van het geslacht. Het is grampositief en facultatief anaëroob.

Deze bacterie is verantwoordelijk voor miltvuur en de pathogeniteit ervan hangt af van twee virulentiefactoren, een capsulair polypeptide genaamd Substance P en een proteïne-exotoxine genaamd Factor B.

Er zijn talrijke stammen van deze bacterie, waarvan de virulentie tussen hen varieert. De meest virulente stammen zijn gebruikt als biologische wapens.

Bacillus subtilis

Gram-positieve en catalase-positieve bacteriën die in de bodem leven. Het is staafvormig met afgeronde randen en is 2-3 micron lang en 1 micron breed. Deze bacterie is bijna uitsluitend aëroob, maar kan overleven in zuurstofloze omgevingen.

Het wordt als veilig voor mensen beschouwd, maar er zijn geïsoleerde gevallen van bedwelming door voedsel dat met deze soort is besmet. In deze gevallen zijn de symptomen vergelijkbaar met die van Bacillus cereus-vergiftiging.

Het is een van de meest bestudeerde bacteriesoorten en onderzoekers beschouwen het als de Gram-positieve versie van Escherichia coli. Het wordt ook beschouwd als een modelorganisme voor laboratoriumstudies, vooral in genetische manipulatiestudies.

Bacillus subtilis produceert bactricine, een bacteriedodend antibioticum dat effectief is bij de behandeling van grampositieve bacteriën, zoals Staphylococcus aureus. Het produceert ook bioactieve stoffen met schimmelwerende werking en stoffen die worden gebruikt bij de productie van wasmiddelen.

Bacillus thuringiensis

Grampositieve bacil die leeft in de bodem, plantoppervlakken en in de darmen van de rupsen van verschillende soorten vlinders en motten. Het wordt gekenmerkt doordat ze tijdens het sporulatieproces eiwitkristallen produceren die insecticide eigenschappen bezitten.

Dankzij deze kristallen, bekend als δ endotoxinen, worden Bacillus thuringensis-sporen en eiwitkristallen al meer dan 100 jaar als biopesticiden gebruikt.

Onderzoekers hebben de genetische informatie van deze plant door middel van genetische manipulatie geïntroduceerd in verschillende plantensoorten, zoals aardappelen, katoen of maïs, zodat de planten stoffen produceren met insecticide eigenschappen.

Referenties

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearshall en BJ McCarthy (1978). Microbiologie. 2e editie. Holt, Rinehart en Winston.
2. S. Hogg (2005). Essentiële microbiologie. John Wiley & Sons, LTD.
3. C. Lyre. Bacillus cereus: kenmerken, morfologie, habitat, symptomen van besmetting, behandeling. Hersteld van: lifeder.com.
4. B. López. Bacillus subtilis: kenmerken, morfologie, ziekten. Hersteld van: lifeder.com.
5. D. Fritz (2004). Taxonomie van het geslacht Bacillus en verwante geslachten: de aerobe endospore-vormende bacteriën. Fytopatolie
6. PCB Turnbull (1996). Hoofdstuk 15. Bacillus. In: Baron S, redacteur. Medische microbiologie. 4e editie. Galveston (TX): Medische afdeling van de Universiteit van Texas in Galveston.
7. Bacil. Op Wikipedia. Opgehaald van en.wikipedia.org