1. Огляд літератури

1.1. Систематичне положення бактерій роду Bacillus

Згідно з нинішньою класифікацією мікроорганізмів, аеробні спороутворюючі бактерії, об'єднуються в окремий рід Bacillus родини Bacillaceae. 

Систематичне положення бактерій роду Bacillus за 10-м виданням визначника бактерій Бергі таке:

Надцарство: Procaryota

Домен: Bacteria

Отдел В13: Firmicutes

Клас: Bacilli

Порядок: Bacillales

Родина: Bacillaceae

Рід: Bacillus

Типовим видом є Bacillus subtilis (сінна паличка), яка була описана у 1835 році Еренбергом.

За дев’ятим виданням визначнику бактерій Бергі бацили відносили до13 групи (спороутворюючі грампозитивні палички та коки), до складу якої окрім бацил відносили ще 6 різних родів: Amphibacillus, Clostridium, Oscillospira, Sporolactobacillus, Sporosarcina та Sulfidobacillus [7, 35].

На ранній стадії класифікації до роду бацил було віднесено дуже велику кількість як морфологічно так і генетично неоднорідних бактерій (відсоток Г+Ц пар коливався від виду до виду у межах від 32 % до 69 %). Але з 1991 року до наших днів у систематику бацил було внесено дуже багато змін, наприклад у 1992 році з роду Bacillus було відокремлено рід Alicyclobacillus, у 1994 році - рід Paenibacillus, а у період з 1996 по 2001 були виділені у самостійні роди Aneurinibacillus, Brevibacillus, Halobacillus, Virgibacillus, Filobacillus та Jeotgalibacillus [7, 32, 35].

Рід Bacillus включає багато різноманітних видів (більше 200), має ряд характерних особливостей і відрізняється від інших бактеріальних організмів комплексом морфолого-фізіологічних ознак.

1.2. Біологічні властивості ентомопатогенних представників роду Bacillus

Основна частина бацил є ґрунтовими сапрофітними бактеріями, але серед них також зустрічаються патогенні та умовно-патогенні представники. Представники цього роду є аеробами чи факультативними анаеробами, більшість з яких є хемоорганогетеротрофами [30, 32].

1.2.1. Морфологічні властивості

Як і у багатьох грампозитивних бактерій поверхня бацил складна та пов’язана з їх функціями та властивостями. Її основою є пептидоглікан. У клітинній стінці представників цього роду, налічується близько сорока шарів пептидоглікану, що робить її дуже щільною та стійкою до багатьох стресових факторів. Окрім пептидоглікану у клітинній стінці містяться тейхоєві кислоти та у невеликій кількості полісахариди та ліпіди. Загалом, клітинна стінка бактерій роду Bacillus являє собою губчату структуру з порами діаметром 1 - 5 нм.

Джгутик бацил - це вигнута порожниста нитка, утворена субодиницями флагеліну. Товщина джгутику варіює від 1,2 до 1,8 нм. До складу базальної структури джгутика, на відміну від грамнегативних бактерій, входить одна пара кілець необхідних для його руху. Джгутики бацил розташовані переважно перетріхіально [30, 32, 35].

Вегетативна клітина ентомопатогенних бацил, зокрема Bacillus thuringiensis представлена рівними чи трохи зігнутими паличками, які за середніми показниками мають 2,5 мкм завдовжки та 0,85 мкм завширшки. У мазках розташовані одинично або короткими ланцюжками.

Представники виду B. thuringiensis, як й інші види бацил, за виключенням B. anthracis, не утворюють капсулу.

B. thuringiensis утворює субтермінально розташовані спори розмірами 0,8 – 1,4 мкм.

Ендоспори утворюються всередині бактеріальної клітини і являють собою тільця округлої або овальної форми. У B. thuringiensis форма спори є овальною. Спори у бактерій утворюються за не сприятливих умов існування, наприклад, збіднення живильного середовища, зміні його вологості або pH, при старінні культури. У цих випадках спороутворення служить для збереження виду [1, 28, 29, 34,].

Процес спороутворення починається з появи в цитоплазмі бактеріальної клітини ущільненої ділянки, званої «спорогенною зоною», в якій міститься нуклеоїд. Потім спорогенна зона відокремлюється від решти цитоплазми з допомогою вростання всередину з обох боків цитоплазматичної мембрани. Надалі мембрана клітини починає оточувати окрему спорогенну зону, утворюючи подвійну мембранну оболонку. Далі між зовнішнім і внутрішнім шарами мембрани утворюється так званий кортикальний шар, або кортекс, що складається з пептидоглікану. За зовнішньою мембраною утворюється оболонка спори, що складається з білків, ліпідів і глікопептидів, після чого вегетативна частина клітини лізується, звільняючи спору. 

Проростання спор у вегетативні клітини починається при їх попаданні в сприятливі умови існування. При цьому спора набухає у результаті збільшення в ній вмісту води, відбувається активація ферментів, енергетичних та біосинтетичних процесів. Починає руйнуватися кортекс, зникає діпіколінова кислота, потім оболонка спори розривається і з неї виходить сформована ростова трубка. Далі синтезується клітинна стінка, й формується вегетативна клітина. Процес проростання спори в вегетативну клітину у B. thuringiensis відбувається значно швидше (4 - 5 годин), ніж сам процес спороутворення (18 - 20 годин) [1, 28, 29, 45, 47]. 

У багатьох видів бацил відзначається наявність внутрішньоклітинного жиру, глікогену, волютину й інших включень [30, 32, 35].

Геном B. thuringiensis представлен кільцевою дволанцюговою молекулою ДНК розміром близько 5 х10⁶ пар нуклеотидів, містить у собі 4800 генів, з котрих 4700 кодують білки. Для цієї бактерії також характерні деякі плазміди [32].

Окрім, зазначених включень, B. thuringiensis утворює характерний для цього виду розташований усередині клітини кристал токсину [10].

Кристал токсину являє собою агрегат, що складається із високомолекулярного білка (130 — 140 кДа). Він має тетрагональну або овоїдну форму розмірами 0,2 – 0,6 х 0,3 – 0,8 мкм чи правильну біпірамідальну з чіткими гранями розмірами 1,2 – 4,5 х 0,5 – 2,3 мкм [14, 43].

Одною із важливіших систематичних ознак для B. thuringiensis є фарбування кристалу токсину барвником аніліновим чорним та метилвіолетом.