2. Аэробные спорообразующие бактерии (Род Bacillus)

ХАРАКТЕРИСТИКА РОДА

Прямые палочки, 0,5—2,5 х 1,2—10 мкм, с закругленными или «обрубленными» концами, часто в парах или цепочках. Грамположительные. Подвижные за счет перитрихиальных жгутиков. Эндоспоры овальные или иногда сферические либо цилиндрические, высокоустойчивые ко многим неблагоприятным воздействиям. В клетке образуется не более одной споры. Споруляция не подавляется в атмосфере воздуха. Аэробы или факультативные анаэробы. Отношение к повышенной температуре, рН и солености сильно варьирует. Хемоорганотрофы; метаболизм бродильного или дыхательного типа. Обычно каталазоположительные. Обнаруживаются в раз­нообразных местообитаниях; некоторые виды патогенны для позвоночных или беспозвоночных.

Типовой вид: Bacillus subtilis.

Большинство аэробных спорообразующих бактерий являются всеядными хемогетеротрофами, способными использовать в качестве субстратов, окисляемых при дыхании, разнообразные простые органические соединения (сахара, аминокислоты, органические кислоты). Некоторые из них могут также сбраживать углеводы. Отдельные виды не требуют органических факторов роста, другие нуждаются либо в аминокислотах, либо в витаминах группы В, либо в тех и других. Большинство аэробных спорообразующих бактерий — мезофиллы с температурным оптимумом от 30 до 45°, хотя имеется и ряд термофильных представителей, растущих при температуре вплоть до 65°.

Мезофильные виды рода Bacillus можно разделить на три группы, различающиеся по структуре и внутриклеточной ло­кализации эндоспор (таблица 2).

Таблица 2 – Группы мезофильных видов рода BACILLUS

Исходя из размеров клеток и наличия или отсутствия поли-р-оксимасляной кислоты в качестве запасного клеточного вещества, из группы I можно выделить подгруппы В. subtilis и В. cereus (таблица 3).

Таблица 3 – Отличительные признаки В. SUBTILIS и В.CEREUS

Подгруппа В. cereus: ширина вегетативных клеток больше 1 мкм, образуют в качестве запасного вещества поли-3-оксимасляную кислоту

Большинство видов группы I может расти в анаэробных условиях за счет использования сахаров. Им присущ характерный тип брожения: основными конечными продуктами его являются 2,3-бутандиол, глицерин и С0₂; кроме того, образуются небольшие количества молочной кислоты и этанола.

В. subtilis в отличие от большинства других видов группы I не может расти в анаэробных условиях за счет использования глюкозы; на воздухе этот вид сбраживает глюкозу с образованием больших количеств 2,3-бутандиола. В. licheniformis может расти в анаэробных условиях за счет использования несбраживаемых органических субстратов при наличии нитрата, поскольку способен к активной денитрификации. Этим свойством обладает только данный вид Bacillus.

Характерными представителями группы I являются В. cereus, одна из самых распространенных почвенных аэробных спорообразующих бактерий, и два родственных патогена — В. anthracis и В. thuringensis. У всех этих трех видов эндоспоры заключены в неплотно прилегающий наружный чехол, называемый экзоспориумом; другие бациллы такого чехла не имеют. Некоторые штаммы В. cereus образуют характерные неплотные расползающиеся колонии, отдаленно напоминающие колонии грибов. В. anthracis является возбудителем сибирской язвы — заболевания крупного рогатого скота и овец, передающегося и людям. Это одна из немногих спорообразующих бактерий, являющихся истинным паразитом в том смысле, что она может развиваться в организме животного-хозяина. Кроме патогенных свойств, биохимический механизм которых подробно исследован, В. anthracis отличается от В. cereus полной неподвижностью.

В. thuringensis — возбудитель паралитического заболевания у гусениц многих чешуекрылых насекомых. Параличи возникают в результате поедания ими растительной пищи, на поверхности которой имеются споры или спорулирующие клетки этого вида бактерий. Каждая спорулирующая клетка В. thuringensis образует примыкающий к споре правильный бипирамидальный белковый кристаллик, который высвобождается вместе со спорой при автолизе родительской клетки. Белок, образующий кристаллик, токсичен для насекомых. Поскольку околоспоровый белок В. thuringensis токсичен для личинок большого числа чешуекрылых насекомых, но не токсичен для позвоночных, препараты спорообразующих кле­ток этого организма нашли широкое применение в сельском хозяйстве в качестве инсектицида.

Два основных вида Bacillus группы II, В. polyтуха и В. macerans, образуют споры, обладающие характерной толстой наружной оболочкой с выростами, отчего в разрезе спора имеет звездчатый вид. Оба вида растут за счет брожения, расщепляя крахмал и пектины, а также моносахариды; интенсивный рост возможен только при наличии соответствующего углевода. В. polymyxa осуществляет бутандиоловое брожение, химически отличное от брожения у бацилл группы I: кроме 2,3-бутандиола в качестве основных продуктов брожения образуются этанол, СО₂ и Н₂. Продук­тами сбраживания сахаров у В. macerans являются этанол, ацетон, муравьиная кислота, СО₂ и Н₂. Образование Н₂ в качестве основного конечного продукта и неспособность образовывать глицерин отличает процесс сбраживания сахаров этими видами от сбраживания его бактериями группы I. Другим отличительным признаком и В. polymyxa, и В. macerans является способность фиксировать N₂ при росте в анаэробных условиях; пока это единственные известные виды Bacillus обладающие данным свойством.

Виды Bacillus группы III, для которых характерно образование сферических спор, локализованных у одного из полюсов спорулирующей клетки, по нескольким физиологическим и метаболическим признакам образуют отдельную подгруппу бацилл. Пептидогликан их клеточной стенки имеет другую химическую структуру, чем пептидогликан других аэробных спорообразующих бактерий. Виды Bacillus группы III не способны к брожению и к эффективному использованию углеводов в качестве источников энергии при дыхании. Основны­ми субстратами дыхательного метаболизма являются аминокислоты и органические кислоты. Многие (хотя и не все) виды образуют большое количество уреазы, катализирующей гидролиз мочевины:

Хотя эта реакция не приводит к синтезу АТФ, она имеет важное физиологическое значение для бацилл, расщепляющих мочевину. Основной представитель этой группы, В. pasteurii, не может расти на обычных сложных средах (например, в питательном бульоне) при рН, равном 7, без добавления мочевины.Мочевину можно заменить аммиаком при высоком исходном рН (8,5). Никакой другой моновалентный катион заменить аммиак не может, причем он необходим В. pasteurii и для дыхания, и для роста. Следовательно, фактически потребность в мочевине отражает специфическую потребность В. pasteurii в аммиаке и высоком рН. К В. pasteurii в метаболическом и физиологическом отношении, а также по составу клеточной стенки весьма близок единственный вид рода Sporosarclna, S. ureae.