Общая характеристика бактерий рода BACILLUS

«Общая характеристика бактерий рода BACILLUS»

Садунова А.В.

Дальневосточный федеральный университет

Владивосток, Приморский край, Россия

"GENERAL CHARACTERISTICS OF BACTERIA OF THE GENUS BACILLUS"

Sadunova A.V.

Far Eastern Federal University

Vladivostok, Russia

1

Оглавление

Глава 4 Получение накопительных культур и идентификация рода Bacillus 44

3

Введение

Бактерии рода Bacillus вызывают большой интерес микробиологов по причине повсеместного распространения представителей этого рода, цикла развития, необычной устойчивости их спор к химическим и физическим агентам и патогенности.

Несомненно, споры с момента обнаружения были признаны самой выносливой среди известных форм жизни на Земле. В состоянии покоя у спор метаболизма нет, и они показывают высокую степень устойчивости к инактивации различными физическими факторами, включая влажный пар,

высушивание, ультрафиолетовое и гамма-излучение, вакуум и окисляющие агенты. Несмотря на инактивацию метаболизма, споры остаются способными к непрерывному контролю пищевого состояния их среды и быстро реагируют на поступление подходящих питательных веществ, прорастая и возобновляя вегетативный рост (Nicholson et al, 2000). Покоящиеся споры показывают невероятную долговечность и могут быть обнаружены фактически в любом типе среды обитания на Земле.

Род Bacillus - это одна из наиболее разнообразных и коммерчески полезных групп микроорганизмов. Способность некоторых штаммов выдерживать высокие или низкие температуры и высокие или низкие значения рН сделала их важными источниками получения коммерческих препаратов ферментов.

По изученности генетики и физиологии В. subtilis занимает второе место после Е. coli и, несомненно, будет вторым живым организмом, для которого удастся полностью определить нуклеотидную последовательность.

В настоящее время штаммы Bacillus используются для получения продуктов четырех типов: 1) ферментов, 2) антибиотиков, 3) высокоочищенных биопрепаратов, включая усилители запаха и пищевые добавки, и 4)

инсектицидов.

4

Изучение Bacillus ведется в разных отраслях, начиная от пищевой промышленности и заканчивая биотехнологией и генной инженерией. Но бактерии рода Bacillus представляют интерес и в экологических исследованиях,

так как населяют различные места обитания. Очевидно, что антропогенный пресс, который испытывает современная окружающая среда, так же может влиять на изменчивость этих микроорганизмов.

Были проведены исследования, в ходе которых установлено что бактерии рода Bacillus являются одной из доминирующих групп в культивируемом гетеротрофном микробном сообществе оз. Байкал. Так же было установлено,

что бактерии исследуемого рода распределены в Байкале неравномерно.

Пространственное распределение бактерии рода Bacillus зависит от экологических факторов.

Изолированные из воды и донных осадков оз. Байкал бактерии рода

Bacillus, показали высокую биохимическую активность таких экзоферментов,

как протеаза, амилаза, фосфатаза, фосфолипаза.

В ходе исследования было показано, что культивируемые бактерии рода

Bacillus, выделенные из донных осадков озера Байкал, способны использовать полициклические ароматические углеводороды в качестве единственного источника углевода и энергии. Так же бактерии рода Bacillus, способны растворять соединения кремния (Суслова, 2007).

Но в настоящее время нет данных в литературе, которые бы показали, как изменяются свойства бацилл в зависимости от характера загрязнения морской среды, что и представляет большой интерес для исследования.

Цель и задачи исследования:

Цель – на основании данных литературы показать распространение,

видовой состав и физиолого-биохимическую активность бактерий рода Bacillus

в различных экосистемах.

5

Задачи:

1.Дать таксономическую и биологическую характеристику бактерий рода

Bacillus;

2.Показать особенности местообитания бактерий рода Bacillus;

3.Охарактеризовать взаимодействие бактерий рода Bacillus с животными,

человеком, растениями и с др. микроорганизмами;

4.Описать биологически активные вещества бактерий рода Bacillus;

5.Показать воздействие факторов среды на биологические свойства бактерий рода Bacillus;

6.Дать анализ влияния антропогенного фактора среды на биологические свойства бактерий рода Bacillus.

6

Материалы и методы

Информационные источники

В работе были использованы:

1)Библиотека ДВФУ (фундаментальная библиотека) около 5 источников;

2)Краевая научно-медицинская библиотека (ст. переливания крови) 5

источников;

3)Библиотека им. Горького 1 источник;

4)Электронная библиотека ВГУЭСа 10 источников;

5)Интернет источники 20 источников;

6)Микробиологические сайты, посвященные Bacillus на русском и английском языках:

А) http://microbewiki.kenyon.edu;

Б) http://mikrobio.ho.ua/mikro-text12.html;

В) http://molbiol.ru/wiki;

Г) http://www.scielo.br/scielo.php;

Д) http://textbookofbacteriology.net/index.html.

Ведущие институты, учреждения занимающиеся изучением Bacillus

1) Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук – изучение распространения и разнообразия спорообразующих бактерий рода

Bacillus в водных экосистемах;

2)Институт систематики и экологии животных СО РАН (ИСиЭЖ СО РАН),

лаборатория патологии насекомых - коллекция энтомопатогенных и непатогенных бактерий рода Bacillus (куратор коллекции: с.н.с. Ходырев В.П.); 3) FEBICO - китайская фармакологическая компания занимается исследованием Bacillus coagulans как производителя пробиотиков;

7

4) Институт биологии Уфимского научного центра РАН - изучение

аэробных спорообразующих бактерии рода Bacillus Cohn. как агентов

биологического контроля болезней растений.

Исследователи

1)Кох Р. (нем. Heinrich Hermann Robert Koch) - немецкий микробиолог, открыл бациллу сибирской язвы (Bacillus anthracis).

2)Кон Ф. Ю. (нем. Ferdinand Julius Cohn) - известный немецкий ботаник и

исследовании сибирской язвы.

3)Кавамура Ф. - изучение Bacillus subtilis (геном бактерии).

4)Мелентьев А.И. (доктор биологических наук, профессор - специалист в области микробиологии, биохимии, микробной биотехнологии) - изучение аэробных спорообразующих бактерий рода Bacillus Cohn. как агентов биологического контроля болезней растений.

5)Суслова М. Ю. (к. б. н., Лимнологический институт СО РАН, г. Иркутск) -

изучение распространения и разнообразия спорообразующих бактерий рода

Bacillus в водных экосистемах.

Журналы

1)Applied Microbiology and Biotechnology (http://www.springer.com);

2)Microbiology and Molecular biology reviews (http://mmbr.asm.org);

3)Journal of Biotechnology (http://www.journals.elsevier.com).

8

Глава 1 Описание рода Bacillus

1.1 Классификация аэробных спорообразующих бактерий

По современным представлениям, аэробные спорообразующие бактерии,

или бациллы, объединяются в отдельный род Bacillus семейства Bacillacea

(Харвуд, 1992). Особенностями бактерий рода Bacillus, по которым его отличают от других представителей семейства Bacillacea, являются: аэробная природа, которая может быть строгая или факультативная, палочковидная форма и продукция каталазы. Родовое название Bacillus было впервые введено в 1872 г. Фердинандом Коном для палочковидных бактерий, растущих в виде нитей. В 1876 г. Кон (Cohn, 1876) и Кох (Koch, 1876) независимо друг от друга показали, что два из трех известных видов этого рода, В. subtilis и В. anthracis,

образуют особые структуры - бактериальные эндоспоры, т.е.

высокоустойчивые к нагреванию споры, которые не гибнут при кипячении.

Было также продемонстрировано образование из клетки устойчивой к нагреванию споры и из споры - вегетативной клетки.

В 1884 г. де Бари (De Вагу, 1884) впервые предложил рассматривать необычную способность образовывать споры в качестве одного из признаков в ключах для классификации бактерий. В ключе, предложенном де Бари, род

Bacillus впервые был ограничен бактериями, образующими эндоспоры (Харвуд, 1992). Но так же можно отметить, что по этому признаку можно было группировать вместе многие бактерии, обладающие различными физиологическими признаками и обитающие в разнообразных экологических условиях. Эта гетерогенность по физиологическим, экологическим и генетическим характеристикам затрудняло классификацию бактерий рода

Bacillus.

Внастоящее время в род Bacillus объединены бактерии,

характеризующиеся следующими признаками: прямые или почти прямые

палочковидные бактерии, размеры которых 0,3 - 2,2 × 1,2 - 7,0 мкм.

9

Большинство подвижно. Жгутики расположены перитрихиально. Образуют термоустойчивые эндоспоры, но не более одной в клетке-спорангии.

Спорообразование не подавляется экспозицией на воздухе. Окраска по Граму строго положительна или положительна только при окрашивании молодой культуры. Большинство видов Bacillus - типичные хемоорганотрофы. Они не нуждаются в факторах роста и способны ассимилировать минеральные формы азота в качестве единственного его источника. Метаболизм строго дыхательный, строго бродильный или дыхательный и бродильный одновременно при использовании различных субстратов. Конечным акцептором электронов в дыхательном метаболизме служит молекулярный кислород, который для некоторых видов может быть заменен нитратами.

Большинство видов образует каталазу. Они являются облигатными аэробами.

Содержание ГЦ пар в ДНК исследованных штаммов варьирует от 32 до 62

мол.%. Типовой вид: Bacillus subtilis (Краткий определитель бактерий Берджи, 1980).

Следует отметить, что, несмотря на применение таких современных методов исследования как молекулярная идентификация микроорганизмов, многие штаммы рода Bacillus окончательно не определены до вида и авторы описывают их физиолого-биохимические характеристики.

1.2 Строение клеточной стенки

Основным полимером в составе клеточных стенок большинства бактерий является пептидогликан. Он представляет собой гетерополимер, состоящий из цепей гликана, соединенных короткими пептидами. Цепи гликана состоят из N-

ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, представляющей собой эфир N-ацетилглюкозамина и молочной кислоты. К карбоксильной группе молочной кислоты может присоединяться пептидная цепь. Соседние пептидные цепи в пептидогликане могут соединяться между собой поперечными сшивками, образованными пептидными связями. Пептидные цепи всегда

10