BACILLUS THURINGIENSIS: CARATTERISTICHE, MORFOLOGIA, CICLO VITALE - BIOLOGIA - 2025

Il Bacillus thuringiensis è un batterio che appartiene a un ampio gruppo di batteri gram-positivi, alcuni patogeni e altri completamente innocui. È uno dei batteri più studiati per la sua utilità in agricoltura.

Questa utilità sta nel fatto che questo batterio ha la particolarità di produrre cristalli durante la sua fase di sporulazione che contengono proteine ​​che risultano essere tossiche per alcuni insetti che costituiscono dei veri e propri parassiti per le colture.

Cristalli di tossina B. thuringiensis. Da Jim Buckman è accreditato e l'uploader originale è PRJohnston. (w: en: Immagine: Bacillus thuringiensis.JPG), tramite Wikimedia Commons

Tra le caratteristiche più notevoli del Bacillus thuringiensis vi sono la sua elevata specificità, la sua innocuità per l'uomo, le piante e gli animali, nonché la sua minima residualità. Questi attributi gli hanno permesso di posizionarsi come una delle migliori opzioni per il trattamento e il controllo dei parassiti che affliggevano i raccolti.

Il successo nell'utilizzo di questo batterio divenne evidente nel 1938 quando emerse il primo pesticida prodotto con le sue spore. Da allora la storia è stata lunga e attraverso di essa il Bacillus thuringiensis è stato ratificato come una delle migliori opzioni quando si tratta di controllare i parassiti agricoli.

Tassonomia

La classificazione tassonomica del Bacillus thuringiensis è:

Dominio: batteri

Phylum: Firmicutes

Classe: Bacilli

Ordine: Bacillales

Famiglia: Bacillaceae

Genere: Bacillus

Specie: Bacillus thuringiensis

Morfologia

Sono batteri a forma di bastoncello con estremità arrotondate. Presentano un modello di flagellazione pertrica, con flagelli distribuiti su tutta la superficie cellulare.

Ha dimensioni di 3-5 micron di lunghezza per 1-1,2 micron di larghezza. Nelle loro colture sperimentali si osservano colonie circolari, del diametro di 3-8 mm, con bordi regolari e aspetto “smerigliato”.

Se osservate al microscopio elettronico, si osservano le tipiche cellule allungate, unite in corte catene.

Questa specie di batteri produce spore che hanno una caratteristica forma ellissoidale e si trovano nella parte centrale della cellula, senza provocarne la deformazione.

Caratteristiche generali

In primo luogo, il Bacillus thuringiensis è un batterio gram-positivo, il che significa che quando sottoposto al processo di colorazione di Gram acquisisce un colore viola.

Allo stesso modo, è un batterio caratterizzato dalla sua capacità di colonizzare vari ambienti. È stato possibile isolarlo su tutti i tipi di terreno. Ha un'ampia distribuzione geografica, essendo stato trovato anche in Antartide, uno degli ambienti più ostili del pianeta.

Ha un metabolismo attivo, essendo in grado di fermentare carboidrati come glucosio, fruttosio, ribosio, maltosio e trealosio. Può anche idrolizzare amido, gelatina, glicogeno e N-acetil-glucosamina.

Allo stesso modo, Bacillus thuringiensis è catalasi positivo, essendo in grado di decomporre il perossido di idrogeno in acqua e ossigeno.

Quando è stato coltivato su terreno agar sangue, è stato osservato un pattern di beta emolisi, il che significa che questo batterio è in grado di distruggere completamente gli eritrociti.

Per quanto riguarda i suoi requisiti ambientali per la crescita, richiede intervalli di temperatura da 10 - 15 ° C a 40-45 ° C. Allo stesso modo, il suo pH ottimale è compreso tra 5,7 e 7.

Il Bacillus thuringiensis è un batterio aerobico rigoroso. Deve essere in un ambiente con ampia disponibilità di ossigeno.

La caratteristica distintiva del Bacillus thuringiensis è che durante il processo di sporulazione genera cristalli costituiti da una proteina nota come tossina delta. All'interno di questi due gruppi sono stati individuati: Cry e Cyt.

Questa tossina è in grado di provocare la morte di alcuni insetti che sono veri e propri parassiti per vari tipi di colture.

Ciclo vitale

B. thuringiensis ha un ciclo vitale con due fasi: una caratterizzata da crescita vegetativa, l'altra da sporulazione. Il primo di essi si presenta in condizioni favorevoli allo sviluppo, come ambienti ricchi di nutrienti, il secondo in condizioni sfavorevoli, con carenza di substrato alimentare.

Le larve di insetti come farfalle, coleotteri o mosche, tra gli altri, quando si nutrono di foglie, frutti o altre parti della pianta, possono ingerire endospore del batterio B. thuringiensis.

Nel tratto digerente dell'insetto, per le sue caratteristiche alcaline, la proteina cristallizzata del batterio viene sciolta e attivata. La proteina si lega a un recettore sulle cellule intestinali dell'insetto, formando un poro che influisce sull'equilibrio elettrolitico, causando la morte dell'insetto.

Pertanto, il batterio utilizza i tessuti dell'insetto morto per l'alimentazione, la moltiplicazione e la formazione di nuove spore che infetteranno nuovi ospiti.

Tossina

Le tossine prodotte da B. thuringiensis hanno un'azione altamente specifica negli invertebrati e sono innocue nei vertebrati. Le inclusioni parasporali di B. thuringensis possiedono diverse proteine ​​con attività diversificata e sinergica.

B. thuringienisis ha diversi fattori di virulenza che includono, oltre alle endotossine delta Cry e Cyt, alcune esotossine alfa e beta, chitinasi, enterotossine, fosfolipasi ed emolisine, che aumentano la sua efficienza come entomopatogeno.

I cristalli proteici tossici di B. thuringiensis vengono degradati nel suolo dall'azione microbica e possono essere denaturati dall'incidenza della radiazione solare.

Utilizza nel controllo dei parassiti

Il potenziale entomopatogeno del Bacillus thuringiensis è ampiamente sfruttato da più di 50 anni nella protezione delle colture.

Grazie allo sviluppo della biotecnologia e ai suoi progressi, è stato possibile utilizzare questo effetto tossico attraverso due vie principali: la produzione di pesticidi che vengono utilizzati direttamente sulle colture e la creazione di alimenti transgenici.

Meccanismo d'azione della tossina

Per comprendere l'importanza di questo batterio nel controllo dei parassiti, è importante sapere come la tossina attacca il corpo dell'insetto.

Il suo meccanismo d'azione è suddiviso in quattro fasi:

Solubilizzazione e lavorazione della protossina del grido : i cristalli ingeriti dalle larve di insetti si dissolvono nell'intestino. Per azione delle proteasi presenti, si trasformano in tossine attive. Queste tossine attraversano la cosiddetta membrana peritrofica (membrana protettiva delle cellule dell'epitelio intestinale).

Legame ai recettori : le tossine si legano a siti specifici che si trovano nei microvilli delle cellule intestinali dell'insetto.

Inserimento nella membrana e formazione del poro : le proteine ​​Cry si inseriscono nella membrana e provocano la distruzione totale del tessuto attraverso la formazione di canali ionici.

Citolisi : morte delle cellule intestinali. Ciò avviene attraverso diversi meccanismi, il più noto è la citolisi osmotica e l'inattivazione del sistema che mantiene l'equilibrio del pH.

Bacillus thuringiensis

Una volta verificato l'effetto tossico delle proteine ​​prodotte dai batteri, è stato studiato il loro potenziale utilizzo nel controllo dei parassiti nelle colture.

Sono stati effettuati molti studi per determinare le proprietà pesticide della tossina prodotta da questi batteri. Grazie ai risultati positivi di queste indagini, il Bacillus thuringiensis è diventato l'insetticida biologico più utilizzato al mondo per controllare i parassiti che danneggiano e influenzano negativamente varie colture.

Fonte: Pixabay.com

I bioinsetticidi a base di Bacillus thuringiensis si sono evoluti nel tempo. Dai primi che contenevano solo spore e cristalli, a quelli noti come di terza generazione che contengono batteri ricombinanti che generano la tossina bt e che hanno vantaggi come raggiungere i tessuti vegetali.

L'importanza della tossina prodotta da questo batterio è che non è efficace solo contro gli insetti, ma anche contro altri organismi come nematodi, protozoi e trematodi.

È importante chiarire che questa tossina è totalmente innocua in altri tipi di esseri viventi come i vertebrati, un gruppo a cui appartengono gli esseri umani. Questo perché le condizioni interne dell'apparato digerente non sono ideali per la sua proliferazione e il suo effetto.

Bacillus thuringiensis

Grazie ai progressi tecnologici, in particolare allo sviluppo della tecnologia del DNA ricombinante, è stato possibile creare piante geneticamente immuni agli effetti degli insetti che devastano le colture. Queste piante sono conosciute genericamente come alimenti transgenici o organismi geneticamente modificati.

Questa tecnologia consiste nell'identificare all'interno del genoma del batterio la sequenza di geni che codificano l'espressione di proteine ​​tossiche. Questi geni vengono successivamente trasferiti al genoma della pianta da trattare.

Quando la pianta cresce e si sviluppa, inizia a sintetizzare la tossina precedentemente prodotta dal Bacillus thuringiensis, risultando poi immune all'azione degli insetti.

Sono diversi gli impianti in cui è stata applicata questa tecnologia. Tra questi ci sono mais, cotone, patate e soia. Queste colture sono note come mais bt, cotone bt, ecc.

Naturalmente, questi alimenti transgenici hanno generato qualche preoccupazione nella popolazione. Tuttavia, in un rapporto pubblicato dalla United States Environment Agency è stato stabilito che questi alimenti, ad oggi, non hanno manifestato alcun tipo di tossicità o danno, né negli esseri umani né negli animali superiori.

Effetti sull'insetto

I cristalli di B. thuringiensis si dissolvono nell'intestino dell'insetto con pH elevato e le protossine, e vengono rilasciati altri enzimi e proteine. Così le protossine diventano tossine attive che si legano a molecole recettoriali specializzate sulle cellule dell'intestino.

La tossina di B. thuringiensis produce negli insetti cessazione dell'ingestione, paralisi dell'intestino, vomito, squilibri nell'escrezione, scompenso osmotico, paralisi generale e infine morte.

A causa dell'azione della tossina, si verificano gravi danni nel tessuto intestinale che ne impediscono il funzionamento, influenzando l'assimilazione dei nutrienti.

Intestino di "Caenorhabditis elegans" infettato da "Bacillus thuringiensis". Fonte: www.researchgate.net

Si è ritenuto che la morte dell'insetto possa essere causata dalla germinazione di spore e dalla proliferazione di cellule vegetative nell'emocele dell'insetto.

Tuttavia, si pensa che la mortalità dipenda maggiormente dall'azione dei batteri commensali che vivono nell'intestino dell'insetto e che dopo l'azione della tossina B. thuringiensis sarebbero in grado di provocare setticemia.

La tossina B. thuringiensis non colpisce i vertebrati, perché la digestione del cibo in questi ultimi avviene in ambienti acidi, dove la tossina non viene attivata.

Spicca la sua elevata specificità negli insetti, noti soprattutto per i lepidotteri. È considerato innocuo per la maggior parte dell'entomofauna e non ha alcuna azione dannosa sulle piante, cioè non è fitotossico.

Riferimenti

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