Bacillus rod palčastih bakterij: definicija, lastnosti in pomembne vrste

Definicija in osnovne lastnosti

Bacillus je rod bakterij v obliki palic. Večina članov rodu je grampozitivna, kar pomeni, da imajo debelo plasti peptidoglikana v celični steni; nekateri imajo tudi polisaharidno kapsulo. Bacili so pogosto sporotrofični — torej sposobni tvoriti endospore, ki jim omogočajo preživetje v neugodnih pogojih.

Morfologija, rast in metabolizem

Bacili so navadno paličaste oblike (širina približno 0,5–2 µm, dolžina od 1 do več µm) in se lahko pojavijo kot posamezne celice, v verigah ali v kratkih skupkih. Veliko vrst je gibljivih z več povrhnjimi flagelami (peritrichno), čeprav so nekatere, npr. Bacillus anthracis, ne-gibljive.

Bacili so delno ali v celoti aerobni in večina izvaja aerobno dihanje; nekatere vrste so fakultativno anaerobne in lahko rastejo tudi v pogojih z nizkim kisikom. Tipične biokemijske lastnosti vključujejo pozitivno reakcijo na katalazo (katalaza razgrajuje vodikov peroksid) in pogosto produkcijo različnih zunajceličnih encimov (proteaze, amilaze, lipaze), ki imajo industrijske uporabe.

Endospore in odpornost

V stresnih razmerah (pomanjkanje hranil, suša, visoka temperatura, kemikalije) bacili sporulirajo in tvorijo endospore. Te endospore niso spolne spore, ampak izredno odporne oblikovane celice, ki lahko dolgo časa ostanejo v stanju mirovanja in prenesejo ekstremne pogoje (toploto, sušenje, sevanje, nekatere desinfekcijske snovi). Zaradi tega so spore ključne za prenos in vztrajnost Bacillus vrst v okolju. Za uničenje spor je potreben avtoklav (121 °C, več minut pod pritiskom) ali drugi postopki, ki uničijo visoko odpornost spore.

Okolje, uporabe in gospodarski pomen

Bacili so povsod v naravi: v tleh, vodi, na rastlinah in v črevesju živali. Zaradi sposobnosti proizvajanja različnih encimov in metabolitov so pomembni v industriji (proizvodnja encimov, biotehnologija, fermentacija). Nekatere vrste se uporabljajo kot probiotiki v živinoreji ali v prehranskih dopolnilih, druge pa kot biopesticidi.

Poleg tega so nekateri predstavniki rodu pomembni kot viri bioloških izdelkov: Bacillus subtilis je cenjen kot modelni organizem v molekularni biologiji, ker je relativno enostaven za gojenje in genetske manipulacije ter se pogosto uporablja pri genskem inženiringu. Bacillus thuringiensis proizvede kristalni toksin (Cry proteine), ki se uporablja za zatiranje škodljivcev v kmetijstvu in v nekaterih gensko spremenjenih rastlinah.

Klinični pomen in varnost

V rodu so tako neškodljive kot tudi patogene vrste. Nekatere vrste so priložnostno patogene, predvsem za imunokompromitirane osebe. Za laboratorijsko identifikacijo se uporabljata mikroskopija (Gramov barvni) in gojenje; pri sumu na nevarne vrste, npr. Bacillus anthracis, se uporabljajo molekularne metode in posebni varnostni postopki.

Primeri kliničnega pomena:

• Bacillus anthracis povzroča antraks. Virulenca B. anthracis temelji na polisaharidni kapsuli in tripartitnem toksinu (protective antigen, lethal factor, edema factor). Okužba je zdravila z antibiotiki (npr. ciprofloxacin, doksiciklin) in zahteva hitro medicinsko obravnavo; zaradi nalezljivosti in odpornosti spor je ravnanje s kulturami strogo regulirano.
• Bacillus subtilis velja za modelni organizem. Raziskave na B. subtilis so pomembne za razumevanje kompetence (vnos DNA), sporulacije, biofilmov in celičnih regulacij. V industriji se uporablja za proizvodnjo encimov in kot sistem v genetiki.
• Bacillus cereus lahko povzroča zastrupitev s hrano. Obstajata dve obliki zastrupitve: emetična (pogosto povezana z rižem — toksin cereulid, ki je odporen na kuhanje) in diarejska (enterotoksini, ki se tvorijo v črevesju). Nekateri sevi so tudi oportunistični patogeni pri ranah ali v imunsko oslabljenih bolnikih.
• Bacillus thuringensis (pogosto zapisano kot B. thuringiensis) se uporablja za zatiranje škodljivcev. Proizvaja toksin, ki lahko ubije nekatere molje in nekatere metulje. Ta toksin (Cry proteini) je osnova za številne bioinsekticide in za gensko modificirane rastline (Bt-crops).

Pomembne laboratorijske in varnostne opombe

Bacili so običajno katalaza-pozitivni; nekateri so hemolitični na krvnih agarjih. Zaradi možnosti tvorbe spor in potencialne patogenosti je pri delu z biološkimi vzorci priporočena ustrezna laboratorijska varnost. Spore so odporne na številne običajne razkužilne snovi — za sterilizacijo se uporablja vročina pod pritiskom (avtoklaviranje) ali močna kemična sredstva.

Genetika in taksonomija

Rod Bacillus je genetsko zelo raznolik; nekatere skupine so bile v zadnjih letih preklasificirane v nove rodove. Hkrati pa nekatere vrste tvorijo gensko zelo podobne skupine (npr. skupina B. cereus, ki vključuje B. cereus, B. anthracis in B. thuringiensis), kar otežuje taksonomsko ločevanje brez molekularnih metod.

Hiter povzetek pomembnih značilnosti

• Oblika: paličaste (rod-shaped) bakterije.
• Gram: grampozitivne (debel peptidoglikanski sloj).
• Sporulacija: tvorba endospor — visoka odpornost.
• Metabolizem: aerobni ali fakultativno anaerobni; katalaza-pozitivni.
• Uporabe: industrija, biotehnologija, biopesticidi, modelne raziskave.
• Patogeneza: nekatere vrste povzročajo resne bolezni (npr. antraks, zastrupitve s hrano).

Prikaz nekaterih vrst

• Bacillus anthracis, ki povzroča antraks.
• Bacillus subtilis velja za modelni organizem. Pogosto se uporablja pri genskem inženiringu.
• Bacillus cereus, ki povzroča zastrupitev s hrano.
• Bacillus thuringensis, ki se uporablja za zatiranje škodljivcev. Proizvaja toksin, ki lahko ubije nekatere molje in nekatere metulje.

Za nadaljnje branje ali laboratorijsko delo pri sumu na patogene vrste je priporočljivo uporabiti specializirano literaturo in upoštevati lokalne varnostne protokole.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je Bacillus?

V: Ali so bacili grampozitivni?

V: Kako bacili dihajo?

V: Kje jih najdemo v naravi?

V: Kaj se zgodi, ko postane okolje za bacile stresno?

Išči po črki