BACILLUS THURINGIENSIS: מאפיינים, מורפולוגיה, מחזור חיים - ביולוגיה - 2025

Bacillus thuringiensis הוא חיידק השייך לקבוצה גדולה של חיידקים חיוביים לגרם, חלקם פתוגניים ואחרים אינם מזיקים לחלוטין. זהו אחד החיידקים שנחקרו הכי הרבה בגלל התועלת שלהם בחקלאות.

שימושיות זו נעוצה בעובדה שבחיידק זה יש את המוזרויות של ייצור גבישים בשלב הספורולציה שלו המכילים חלבונים שמתגלים כרעילים לחרקים מסוימים המהווים מזיקים אמיתיים לגידולים.

קריסטלים של רעלן B. thuringiensis. מאת ג'ים בקמן זוכה לזכותו והמעלה המקורי הוא PRJohnston. (w: en: תמונה: Bacillus thuringiensis.JPG), באמצעות Wikimedia Commons

בין המאפיינים הבולטים ביותר של Bacillus thuringiensis הם הספציפיות הגבוהה שלו, חוסר הפגיעה שלו באדם, בצמחים ובעלי חיים, כמו גם השרידות המינימלית שלו. תכונות אלה אפשרו לו למצב את עצמה כאחת האפשרויות הטובות ביותר לטיפול ובקרה של מזיקים שפקדו את היבולים.

השימוש המוצלח בחיידק זה התגלה בשנת 1938 כאשר הגיח ההדברה הראשונה שיוצרה עם נבגיה. מכאן ואילך ההיסטוריה ארוכה ובאמצעותה אושר Bacillus thuringiensis כאחת האפשרויות הטובות ביותר בכל הנוגע לשליטה במזיקים חקלאיים.

טקסונומיה

הסיווג הטקסונומי של Bacillus thuringiensis הוא:

תחום: חיידקים

פילום: פירמות

כיתה: Bacilli

סדר: Bacillales

משפחה: Bacillaceae

מין: Bacillus

מינים: Bacillus thuringiensis

מוֹרפוֹלוֹגִיָה

מדובר בחיידקים בצורת מוט עם קצוות מעוגלים. הם מציגים דפוס מלקות פרטרי, כאשר הפלאלות מופצות על פני כל התא.

יש לו מידות של 3-5 מיקרון ברוחב של 1-1.2 מיקרון. בתרבויות הניסוי שלהם נצפות מושבות מעגליות, בקוטר 3-8 מ"מ, עם קצוות רגילים ומראה "זכוכית טחונה".

כאשר הם נצפים תחת מיקרוסקופ האלקטרונים, התאים המוארכים הטיפוסיים נצפים, מאוחדים בשרשראות קצרות.

מין חיידקים זה מייצר נבגים בעלי צורה אליפסואידית אופיינית ונמצאים בחלק המרכזי של התא, מבלי לגרום לעיוותו.

מאפיינים כלליים

מלכתחילה, Bacillus thuringiensis הוא חיידק חיובי לגרם, מה שאומר שכאשר הוא נתון לתהליך מכתים הגראם הוא מקבל צבע סגול.

באופן דומה, זהו חיידק המאופיין ביכולתו להתיישב בסביבות שונות. אפשר היה לבודד אותו על כל סוגי הקרקעות. יש לו תפוצה גיאוגרפית רחבה, שנמצאה אפילו באנטארקטיקה, אחת הסביבות העוינות ביותר על פני כדור הארץ.

יש לו מטבוליזם פעיל, היכול להתסיס פחמימות כמו גלוקוז, פרוקטוז, ריבוז, מלטוז וטרלהוז. זה יכול גם הידרוליזה של עמילן, ג'לטין, גליקוגן ו- N-אצטיל-גלוקוזאמין.

באותה וריד, Bacillus thuringiensis חיובי לקטליז, מסוגל לפרק מי חמצן למים וחמצן.

כאשר הוא תרבות במדיום אגר דם, נצפתה דפוס של המוליזה בטא, מה שאומר שחיידק זה מסוגל להרוס לחלוטין את האריתתרוציטים.

לגבי הדרישות הסביבתיות שלה לגידול, הוא דורש טמפרטורות בטווח של 10-15 מעלות צלזיוס ל- 40-45 מעלות צלזיוס. באופן דומה, ה- pH האופטימלי שלה הוא בין 5.7 ל -7.

Bacillus thuringiensis הוא חיידק אירובי קפדני. זה חייב להיות בסביבה עם זמינות חמצן בשפע.

המאפיין המיוחד של Bacillus thuringiensis הוא שבתהליך הספורולציה הוא מייצר גבישים המורכבים מחלבון המכונה דלתא רעלן. בתוך שתי הקבוצות הללו זוהו: Cry ו- Cyt.

רעלן זה מסוגל לגרום למותם של חרקים מסוימים שהם מזיקים אמיתיים לסוגים שונים של גידולים.

מעגל החיים

ב. לתורינגיניסיס מחזור חיים עם שני שלבים: האחד מהם מאופיין בגידול וגטטיבי, השני על ידי ספורולציה. הראשון מתרחש בתנאים נוחים להתפתחות, כמו סביבות עשירות בחומרים מזינים, השנייה בתנאים לא טובים, עם מחסור במצע מזון.

זחלי חרקים כמו פרפרים, חיפושיות או זבובים, בין היתר, כאשר ניזונים מהעלים, הפירות או חלקים אחרים של הצמח, יכולים להבלע אנדוספוריות של החיידק B. thuringiensis.

בדרכי העיכול של החרק, בגלל מאפייניו הבסיסיים, החלבון המגובש של החיידק מומס ומופעל. החלבון נקשר לקולטן בתאי המעי של החרק, ויוצר נקבוביות המשפיעות על איזון האלקטרוליטים, הגורם למותו של החרק.

כך, החיידק משתמש ברקמות החרק המת לצורך הזנתו, כפלו ויצירת נבגים חדשים שידביקו מארחים חדשים.

רַעֲלָן

לרעלים המיוצרים על ידי B. thuringiensis יש פעולה מאוד ספציפית בחסדי חוליות והם אינם מזיקים בחוליות. תכלילים פארפראליים של B. thuringensis הם בעלי חלבונים מגוונים עם פעילות מגוונת וסינרגטית.

ב. לתורינגיניס יש כמה גורמי נגיפות הכוללים בנוסף לאנדוטוקסינים הדלתא Cry ו- Cyt, כמה אקסוטוקסינים מאלפא ובטא, צ'יטינאזים, אנטוטוטוקסינים, פוספוליפאזים והמוליסינים, המשפרים את יעילותו כאנטומופתוגן.

גבישי החלבון הרעילים של B. thuringiensis מושבעים באדמה על ידי פעולה מיקרוביאלית וניתן לטפל בהם בשכיחות קרינת השמש.

שימושים בהדברה

הפוטנציאל האנטומופתוגני של Bacillus thuringiensis מנוצל מאוד במשך למעלה מ- 50 שנה להגנה על יבולים.

הודות להתפתחות הביוטכנולוגיה וההתקדמות בה ניתן היה להשתמש בהשפעה רעילה זו דרך שני דרכים עיקריות: ייצור חומרי הדברה המשמשים ישירות על יבולים ויצירת מזונות מהונדסים.

מנגנון הפעולה של הרעלן

בכדי להבין את חשיבותו של חיידק זה בהדברה, חשוב לדעת כיצד הרעלן תוקף את גוף החרק.

מנגנון הפעולה שלו מחולק לארבעה שלבים:

תמיסות ועיבוד פרוטוקסין בכי : קריסטלים שנבלעים בזחלי חרקים מתמוססים במעי. על ידי פעולה של הפרוטאזות הנוכחות, הם הופכים לרעלים פעילים. רעלים אלו חוצים את מה שמכונה קרום פריטרופי (קרום מגן של תאי אפיתל המעי).

כריכה לקולטנים : רעלים נקשרים לאתרים ספציפיים הנמצאים במיקרווויאלי של תאי המעיים של החרק.

החדרה לקרום ויצירת הנקבובית : חלבוני בכי מחדירים לקרום וגורמים להרס מוחלט של הרקמה דרך היווצרות תעלות יון.

ציטוליזה : מוות של תאי מעיים. זה מתרחש באמצעות מספר מנגנונים, כשהידוע שבהם הוא ציטוליזה אוסמוטית והפעלת המערכת השומרת על איזון החומציות.

חיידק הטורגיינסיס

לאחר אימות ההשפעה הרעילה של החלבונים המיוצרים על ידי החיידקים, נחקר השימוש הפוטנציאלי שלהם בבקרת מזיקים בגידולים.

מחקרים רבים בוצעו כדי לקבוע את תכונות ההדברה של הרעלן המיוצר על ידי חיידקים אלה. בשל התוצאות החיוביות של חקירות אלה, Bacillus thuringiensis הפך לחומר ההדברה הביולוגי הנפוץ ביותר בעולם בכדי לשלוט במזיקים שפוגעים ופוגעים לרעה בגידולים שונים.

מקור: Pixabay.com

קוטלי עשבים מבוססי Bacillus thuringiensis התפתחו עם הזמן. מהראשונים שהכילו רק נבגים וגבישים, לאלו המכונים דור שלישי המכילים חיידקים רקומביננטיים המייצרים את הרעלן bt ויש להם יתרונות כמו הגעה לרקמות צמחיות.

חשיבותו של הרעלן המיוצר על ידי חיידק זה היא שהוא לא יעיל רק כנגד חרקים, אלא גם כנגד אורגניזמים אחרים כמו נמטודות, פרוטוזואה וטרמטודים.

חשוב להבהיר כי הרעלן הזה אינו מזיק לחלוטין בסוגים אחרים של יצורים חיים כמו חוליות, קבוצה שאליה אנשים שייכים. זאת מכיוון שהתנאים הפנימיים של מערכת העיכול אינם אידיאליים להתפשטותה ולהשפעתה.

חיידק הטורגיינסיס

בזכות ההתקדמות הטכנולוגית, ובמיוחד פיתוח טכנולוגיית DNA רקומביננטית, ניתן היה ליצור צמחים חסינים גנטית להשפעת חרקים שעוררים הרס על יבולים. צמחים אלה ידועים באופן כללי כמאכלים מהונדסים או אורגניזמים מהונדסים גנטית.

טכנולוגיה זו מורכבת בזיהוי בגנום של החיידק את רצף הגנים המקודדים את הביטוי של חלבונים רעילים. גנים אלה מועברים בהמשך לגנום של הצמח לטיפול.

כאשר הצמח גדל ומתפתח, הוא מתחיל לסנתז את הרעלן שהופק בעבר על ידי Bacillus thuringiensis, ואז הוא חסין לפעולה של חרקים.

ישנם כמה מפעלים בהם מיושמת טכנולוגיה זו. בין אלה ניתן למצוא תירס, כותנה, תפוחי אדמה, וסויה. גידולים אלו ידועים בשם תירס bt, כותנה bt וכו '.

כמובן שמאכלים טרנסגניים אלה עוררו דאגה מסוימת באוכלוסייה. עם זאת, בדו"ח שפרסמה הסוכנות הסביבתית בארה"ב נקבע כי מזונות אלה עד כה לא הראו שום סוג של רעילות או נזק, לא בבני אדם ולא בבעלי חיים גדולים יותר.

השפעות על החרק

הגבישים של B. thuringiensis מתמוססים במעי החרק עם pH גבוה והפרוטוקסינים, ואנזימים וחלבונים אחרים משתחררים. כך הפרוטוקסינים הופכים לרעלים פעילים הנקשרים למולקולות קולטן ייעודיות בתאי המעי.

הרעלן B. thuringiensis מייצר בהפסקת חרקים של בליעה, שיתוק במעי, הקאות, חוסר איזון בהפרשה, פירוק אוסמוטי, שיתוק כללי ולבסוף מוות.

בשל פעולת הרעלן, מתרחש נזק קשה ברקמת המעי המונע את תפקודו, ומשפיע על הטמעת חומרי הזנה.

מעי 'Caenorhabditis elegans' נגועים ב'Bacillus thuringiensis '. מקור: www.researchgate.net

זה נחשב שמותו של החרק יכול להיגרם על ידי נביטת נבגים והתפשטות תאים צמחיים בהמוצלה של החרק.

עם זאת, נהוג לחשוב שתמותה תהיה תלויה יותר בפעולה של חיידקי קומנזאל שחיים במעי החרק וכי לאחר פעולת הרעלן B. thuringiensis הם יוכלו לגרום לחלחולת.

הרעלן B. thuringiensis אינו משפיע על חוליות, מכיוון שעיכול המזון באחרון מתרחש בסביבות חומציות בהן הרעלן אינו מופעל.

הספציפיות הגבוהה שלו בחרקים בולטת, הידועה בעיקר בלפידופטרה. זה נחשב לא מזיק לרוב האנטומופאונה ואין לו שום פעולה מזיקה על צמחים, כלומר הוא אינו פיטוטוקס.

הפניות

1. הופה, ח. וויטלי, ח. (1989, יוני). חלבוני קריסטל מדבירי חרקים מסוג Bacillus thuringiensis. ביקורת מיקרוביולוגית. 53 (2). 242-255.
2. מרטין, פ 'וטרברס, ר' (1989, אוקטובר). שפע ברחבי העולם והפצתו של Bacillus thuringiensis יישומי ומיקרוביולוגיה סביבתית. 55 (10). 2437-2442.
3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. and Yeon, H. (2007). Bacillus thuringiensis ככלי ספציפי, בטוח ויעיל להדברת חרקים. כתב העת למיקרוביולוגיה וביוטכנולוגיה. 17 (4). 547-559
4. Sauka, D. ו- Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: כלליות. גישה לשימושו בבקרת ביולוגיה של חרקים lepidopteran שהם מזיקים חקלאיים. כתב העת הארגנטינאי למיקרוביולוגיה. 40. 124-140
5. שנפף, א., קריקמור, נ., ואן רי, ג'., לרקלוס, ד., באום, ג'., פייטלסון, ג'., זייגלר, ד. ודיקן ה. (1998, ספטמבר). Bacillus thuringiensis וחלבון הקריסטל ההדברה שלו. ביקורות על מיקרוביולוגיה וביולוגיה מולקולרית. 62 (3). 775-806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. and Villalobos, S. (2018, ינואר). הסוג Bacillus כחומרי בקרה ביולוגיים והשלכותיהם על אבטחת הביולוגיה החקלאית. כתב העת המקסיקני לפיטופתולוגיה. פרסום מקוון.