BACILLUS: CARATTERISTICHE, RIPRODUZIONE, NUTRIZIONE, MALATTIE - BIOLOGIA - 2025

Bacillus è un genere di batteri nella divisione Firmicutes che sono caratterizzati dalla formazione di spore in condizioni aerobiche. Sono a forma di bastoncello e sono generalmente Gram positivi (sebbene alcuni siano Gram variabili), con colonie che presentano organismi che si colorano di rosa e altri che si colorano di viola.

In questi casi, i ricercatori hanno scoperto che il numero di organismi che rispondono come Gram negativi aumenta con l'età della colonia a causa di una diminuzione dello spessore dello strato di petidoglicano.

Bacillus flexus. Tratto e modificato da: Dr. Sahay.

I batteri di questo genere possono essere strettamente aerobici o anaerobici facoltativi. La maggior parte sono mobili a causa della presenza di flagelli, tuttavia, ci sono anche rappresentanti non mobili. Possono essere trovati praticamente in qualsiasi ambiente sulla terra, compresi gli ambienti estremi, dalle alte quote al fondo del mare.

Il genere fu utilizzato nel 1835 da Christian Gottfried Ehrenberg per definire i batteri a forma di bastoncello, ma fu successivamente ridefinito da Ferdinand Cohn e utilizzato per raggruppare i bacilli sporigeni in condizioni aerobiche, Gram-positive e facoltative aerobiche o anaerobiche.

Alcune specie sono di interesse medico in quanto possono causare malattie come l'antrace (Bacillus anthracis) o malattie di origine alimentare (Bacillus cereus). Altri sono utilizzati per ottenere antibiotici, enzimi, come probiotici o nei processi di fermentazione e in agricoltura.

Caratteristiche generali

La principale caratteristica distintiva del genere è la capacità di produrre endospore in condizioni aerobiche. Queste spore sono caratterizzate dalla capacità di resistere alle alte temperature, all'essiccazione, all'azione dei disinfettanti e persino alle radiazioni.

La parete cellulare è composta da diversi strati di peptidoglicani intrecciati, formando una forte impalcatura che mantiene la forma cellulare e contiene acidi teicoico e lipoteicoico.

Sono a forma di bastoncello, dritti o leggermente curvi e possono essere trovati singolarmente, in coppia e occasionalmente in catene. La stragrande maggioranza di loro è mobile a causa della presenza di flagelli peritrichi, cioè proiettano in tutte le direzioni. Tuttavia, il Bacillus anthracis è privo di flagelli.

La maggior parte dei batteri di questo genere sono Gram positivi, tuttavia alcuni sono variabili Gram, cioè possono macchiarsi di rosa o viola. Questo perché lo strato di peptidoglicano può diventare meno spesso e complesso con l'invecchiamento dei batteri, non essendo in grado di trattenere il violetto cristallino se trattato con alcol.

Sono organismi ubiquitari e molto resistenti, con specie capaci di resistere a temperature molto alte (termofile) o molto basse (psicrofile), esistono anche specie che possono tollerare ambienti molto acidi o molto alcalini per altre specie.

Alcune specie sono strettamente aerobiche, incapaci di sopravvivere in condizioni anossiche, mentre altre specie sono anaerobiche facoltative.

Morfologia

I batteri Bacillus possono essere a forma di bastoncello, diritti o leggermente curvi, generalmente con un'estremità rotonda, anche se alcune cellule sono state descritte come quadrate (p. Es., Bacillus cereus).

Le celle hanno un diametro che varia da 0,4 a 1,8 micron e una lunghezza da 0,9 a 10,0 micron. Le dimensioni delle cellule all'interno di ciascuna specie e all'interno di ogni ceppo tendono ad avere poca variabilità.

Le cellule si presentano singolarmente e in coppia, alcune in catene e occasionalmente in lunghi filamenti. A seconda della specie, del ceppo e delle condizioni di coltura, le cellule figlie possono separarsi.

Pertanto, la coltura sembra essere composta da singole cellule e coppie di cellule in divisione quando osservate mediante microscopia a contrasto di fase. In altri casi, le cellule figlie possono rimanere attaccate l'una all'altra, mostrando così catene di cellule.

La morfologia delle spore è una caratteristica tassonomica, sebbene alcune variazioni possano esistere all'interno di particolari ceppi. Le spore più comuni sono di forma ellissoidale o ovale, ma le forme vanno da cilindriche a ellissoidali, sferiche o di forma irregolare che ricordano un rene o una banana.

Tassonomia e classificazione

Tassonomicamente, il genere Bacillus si trova nel Phylum Firmicutes, Classe Bacilli, Ordine Bacillales, Famiglia Bacillacea. Questo genere è stato utilizzato da Christian Gottfried Ehrenberg nel 1835 per raggruppare i batteri a forma di bastoncello.

Quindi Ferdinand Cohn, nel 1872, ridefinì il gruppo come batteri sporigeni, resistenti al calore, Gram-positivi e facoltativi aerobi o anaerobi. La specie tipo del genere è Bacillus subtilis.

I ricercatori hanno stabilito nel 1991 che il genere Bacillus, così come era stato trattato fino ad oggi, era polifiletico. Pertanto, hanno effettuato una riorganizzazione del gruppo Bacillus sensu lato, da cui sono stati estratti cinque nuovi generi.

Il genere è suddiviso in due gruppi, da un lato il gruppo di B. subtilis e specie affini, mentre dall'altro è presente il gruppo di B. cereus. Il primo raggruppa organismi di diametro inferiore a 1 μm, sporangio non gonfio e spore ellissoidali.

Il secondo gruppo, invece, contiene specie di diametro superiore a 1 μm, con sporangio non rigonfio e spore elpsoidali.

Dove si trovano?

I batteri Bacillus sono stati isolati principalmente da suolo, acqua, cibo e campioni clinici. Ma sono stati trovati anche negli ambienti più insoliti, come nei sedimenti oceanici a migliaia di metri sotto il livello del mare e in campioni di aria stratosferica, in pozze geotermiche acide, in acque sotterranee altamente alcaline e in laghi ipersalini terminali.

Altri sono stati scoperti in nicchie artificiali, da tombe messicane e dipinti murali romani in decomposizione, a stanze estremamente pulite nelle strutture di assemblaggio di astronavi.

Le piante sono anche una ricca fonte di nuove specie di Bacillus, alcune endofitiche e altre associate alla rizosfera.

Riproduzione

I batteri del genere Bacillus hanno due forme di riproduzione asessuata: fissione binaria e sporulazione.

Fissione binaria

La fissione binaria è un tipo di riproduzione che si verifica quando il batterio si trova in un ambiente favorevole al suo sviluppo e consente una crescita esponenziale. La fissione binaria coinvolge la divisione mitotica risultante in due cellule figlie identiche.

Bacillus subtilis cultura. Tratto e modificato da: Un dubbio.

Riproduzione della sporulazione

Questo secondo tipo è noto anche per la formazione di spore. Appare quando c'è una sorta di stress nella colonia. Durante la sporulazione, si verifica la divisione cellulare asimmetrica, con la conseguente formazione di una cellula più grande (cellula staminale) e di una cellula più piccola (prespore).

Il prespore è racchiuso dalla cellula staminale e ricoperto da diversi strati protettivi, che generano perdite d'acqua e ne consentono la maturità. Successivamente, si verifica la lisi della cellula staminale e il rilascio dell'endospora, che può rimanere dormiente fino a quando non vengono ristabilite condizioni favorevoli.

Questa endospora, come già accennato, è resistente alle temperature estreme, all'essiccazione, all'azione dei detergenti e alle radiazioni, ed è la principale causa della resistenza di questi batteri e della loro capacità di colonizzare qualsiasi ambiente.

Nutrizione

La maggior parte dei batteri del genere Bacillus si trova a vivere nel suolo e la loro nutrizione è saprofita, cioè si nutrono di materia organica in decomposizione.

Altre specie costituiscono la flora batterica degli animali. In questi casi, stabiliscono una relazione simbiotica in cui approfittano del cibo ingerito dal loro ospite e producono enzimi che aiutano nella digestione di questi alimenti.

Infine, alcune specie possono agire come parassiti opportunisti, nutrendosi direttamente del loro ospite.

Malattie

La maggior parte delle specie Bacillus non è patogena e raramente è stata associata a malattie nell'uomo o in altri animali. L'antrace è la condizione più nota causata da questo tipo di batteri, sebbene siano comuni anche intossicazioni alimentari e infezioni opportunistiche causate da Bacillus cereus.

Antrace o antrace

Questa malattia è altamente contagiosa ed è causata dal batterio Bacillus anthracis. Può colpire diverse parti del corpo e la sua patogenicità dipende dal tessuto interessato, dalla forma dell'infezione e dal tempo necessario dall'infezione per iniziare il trattamento.

Bacillus anthracis culture, ceppo raccolto a Kaimedo, Tokyo, Giappone, luogo dell'incidente di bioterrorismo del 1993. Tratto e modificato da: Centers for Disease Control, Stati Uniti.

La forma più aggressiva della malattia è l'antrace polmonare, che ha un alto tasso di mortalità. Può anche attaccare la pelle (antrace cutaneo) o il sistema digerente. L'antrace può attaccare qualsiasi animale a sangue caldo, compreso l'uomo.

Le carcasse di animali uccisi dalla malattia, così come i terreni contaminati dalle feci o il sangue di animali infetti costituiscono serbatoi della malattia.

Sindrome del riso fritto

È una sindrome emetica che appare principalmente a causa del consumo di riso mal gestito, sebbene possa verificarsi anche a causa del consumo di latticini e altri alimenti. L'agente eziologico è il batterio Bacillus cereus.

Questa sindrome è caratterizzata dalla presenza di nausea e vomito, che compaiono da 1 a 5 ore dopo l'ingestione di cibo contaminato. Possono verificarsi anche crampi addominali, ma la diarrea è rara.

È una malattia autolimitante che generalmente dura per non più di 48 ore, in cui è importante evitare la disidratazione, il riposo ed evitare il consumo di latticini mentre persistono i sintomi della sindrome.

endoftalmite

L'endoftalmite è un'infezione agli occhi dovuta a diversi organismi patogeni. La risposta infiammatoria dell'organo infetto può provocare traumi allo stesso occhio.

Diverse specie di batteri sono legate a questa malattia, una delle più rilevanti è il Bacillus cereus, le cui infezioni provocano lesioni con prognosi riservata.

Il trattamento della malattia consiste nella somministrazione di clindamicina o vancomicina al paziente, si raccomanda anche il desametasone. A volte la malattia può compromettere la vista. In questi casi, si consiglia la rimozione chirurgica dell'umore vitreo.

Altre malattie

I batteri Bacillus sono correlati a diverse malattie che colpiscono principalmente le persone con un sistema immunitario compromesso. Queste malattie includono endocardite, batteriemia, infezioni della pelle e muscoloscheletriche, nonché cheratite.

La specie Bacillus megaterium, una delle più grandi specie di batteri, può causare ascessi cerebrali.

Bacillus megatierium. Tratto e modificato da: Alexastely.

applicazioni

Probiotici

Secondo l'Organizzazione mondiale della sanità, i probiotici sono microrganismi vivi che provocano effetti benefici sulla salute di persone o animali che li consumano in quantità adeguate nella loro dieta.

Alcune specie di Bacillus sono usate come probiotici, incluso B. coagulans. Tra i vantaggi di mangiare questo batterio, i ricercatori hanno suggerito che allevia i sintomi della sindrome dell'intestino irritabile. Allevia anche i sintomi dell'artrite reumatoide e della flatulenza.

Un altro membro del genere che ha l'uso come probiotico è B. subtilis. Tra i benefici di questo organismo come probiotico ci sono il sollievo delle infiammazioni intestinali e delle infezioni urogenitali e l'arresto della diarrea.

Le spore di questo batterio, da parte loro, agiscono contro lo stress ossidativo causato dalla cheratinocitite.

Controllore biologico

I batteri del genere Bacillus producono una varietà di sostanze con proprietà antibiotiche che inibiscono la crescita di organismi fitopatogeni, come i lipopeptidi ciclici non ribosomiali e le δ-endotossine. Viene anche utilizzato nell'industria farmacologica per ottenere antibiotici contro i patogeni umani.

Circa il 75% dei biopesticidi commercializzati in tutto il mondo sono prodotti a base di Bacillus thuringiensis. Altre specie, come B. subtilis, B. pumilus e B. amyloliquefaciens sono anche utilizzate in commercio, principalmente per la produzione di fungicidi.

Altri usi

L'industria utilizza anche batteri del genere Bacillus anche per la produzione commerciale di enzimi e per la produzione di detergenti. Inoltre, sono tra i microrganismi più utilizzati in microbiologia, biologia molecolare o studi di ingegneria genetica, tra gli altri.

Ciclo vitale

In adeguate condizioni di nutrizione, temperatura, pH, composizione atmosferica, tra gli altri, le cellule di Bacillus crescono e si dividono per fissione binaria, una forma di riproduzione asessuata che consiste nella duplicazione del DNA, seguita dalla divisione del citoplasma da un setto divisore che attraversa il centro della cellula, dando origine a due cellule figlie.

Condizioni avverse

Tuttavia, quando le condizioni ambientali sono avverse, le cellule vegetative generano endospore, che sono strutture cellulari che non contengono ATP e che hanno metabolismi estremamente latenti, che conferiscono resistenza.

Le endospore si formano alla fine della fase di crescita esponenziale. È noto che molti altri fattori influenzano la formazione di endospore, come la temperatura di crescita, il pH ambientale, l'aerazione, la presenza di alcuni minerali e fonti di carbonio, azoto e fosforo e le loro concentrazioni. Un'altra influenza è la densità della popolazione.

Passi spore dormienti-cellule vegetative

La conversione delle spore dormienti in cellule vegetative prevede tre fasi: attivazione, germinazione e crescita. L'inattività è interrotta da cambiamenti favorevoli di temperatura o dall'invecchiamento delle cellule.

Tuttavia, molte specie non richiedono tale attivazione. All'uscita dalla dormienza, se la spora incontra condizioni ambientali adeguate, si innesca la germinazione, attraverso la perdita di rifrazione, una rapida idrolizzazione della corteccia e la degradazione di piccole proteine ​​acide solubili che le conferiscono resistenza agli agenti. chimica e radiazioni.

Il protoplasto delle spore germinate si gonfia visibilmente per l'assorbimento di acqua, riprende la biosintesi e dallo strato di spore di rotam emerge una nuova cellula vegetativa, dando inizio ad un nuovo periodo di riproduzione vegetativa.

Specie in primo piano

Bacillus cereus

Questa specie è un batterio Gram positivo che si trova comunemente nel suolo, nell'acqua e nel cibo in tutte le zone temperate del mondo. È una specie anaerobica facoltativa che può muoversi per azione dei flagelli peritrichi.

Questo batterio è uno dei principali responsabili delle malattie di origine alimentare, a volte è la sindrome emetica o la sindrome tossico-infettiva. Il Bacillus cereus può anche causare varie malattie non gastrointestinali, come endocardite, batteriemia, endoftalmite o infezioni croniche della pelle, tra le altre.

Poiché ha endospore molto resistenti, la sua eliminazione non si ottiene con la cottura, né si elimina con il congelamento, ma quest'ultima ne arresta la crescita, quindi si consiglia di utilizzare temperature inferiori ai 6 ° C se si intende conservare il cibo. per lunghi periodi di tempo.

Bacillus anthracis

È una specie del genere che si caratterizza per essere immobile per l'assenza di flagelli, contrariamente a quanto accade con il resto dei rappresentanti del genere. È Gram positivo e anaerobico facoltativo.

Questo batterio è responsabile dell'antrace e la sua patogenicità dipende da due fattori di virulenza, un polipeptide capsulare chiamato Sostanza P e una proteina esotossina chiamata Fattore B.

Esistono numerosi ceppi di questo batterio, la cui virulenza varia tra loro. I ceppi più virulenti sono stati usati come armi biologiche.

Bacillus subtilis

Batteri Gram positivi e catalasi positivi che popolano il suolo. È a forma di bastoncello con bordi arrotondati ed è lungo 2-3 micron e largo 1 micron. Questo batterio è quasi esclusivamente aerobico, ma può sopravvivere in ambienti anossici.

È considerato sicuro per l'uomo, ma ci sono casi isolati di intossicazione da cibo contaminato con questa specie. In questi casi, i sintomi sono simili a quelli dell'avvelenamento da Bacillus cereus.

È una delle specie batteriche più studiate ei ricercatori la considerano la versione Gram positiva di Escherichia coli. È anche considerato un organismo modello per studi di laboratorio, specialmente negli studi sulla manipolazione genetica.

Il Bacillus subtilis produce la bactricina, un antibiotico battericida efficace nel trattamento dei batteri Gram positivi, come lo Staphylococcus aureus. Produce inoltre composti bioattivi con attività antifungina e sostanze utilizzate nella produzione di detergenti.

Bacillus thuringiensis

Bacillo Gram positivo che vive nel suolo, nelle superfici delle piante e nell'intestino dei bruchi di varie specie di farfalle e falene. Si caratterizza perché durante il processo di sporulazione producono cristalli proteici che possiedono proprietà insetticide.

Grazie a questi cristalli, noti come δ endotossine, le spore di Bacillus thuringensis e i cristalli proteici sono utilizzati come biopesticidi da oltre 100 anni.

I ricercatori hanno introdotto le informazioni genetiche di questa pianta, attraverso l'ingegneria genetica, a varie specie di piante, come patate, cotone o mais, in modo che le piante producano sostanze con proprietà insetticide.

Riferimenti

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