Bacillus subtilis

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search
B. subtilis grami järgi värvituna

Bacillus subtilis on grampositiivne, katalaas-positiivne bakter, mida leidub mullas ning inimeste ja mäletsejate seedetraktis. Perekonna batsill liige B. subtilis on vardakujuline ning suudab moodustada tugevaid, kaitsvaid endospoore, mis aitavad bakteril taluda ekstreemseid keskkonnatingimusi. B. subtilis on ajalooliselt klassifitseeritud obligaatse aeroobina, kuigi on olemas ka tõendeid, et tegemist on fakultatiivse anaeroobiga. B. subtilis peetakse kõige paremini uuritud grampositiivseks bakteriks ja samuti on ta ka hea mudelorganism bakteriaalse kromosoomi replikatsiooni ning raku diferentseerumise uurimiseks. Ta on üks olulisemaid baktereid sekreteeritud ensüümide tootmises ja bakter on kasutusel biotehnoloogaettevõtetes.[viide?]

Kirjeldus[muuda | muuda lähteteksti]

Bacillus subtilis on grampositiivne, vardakujuline ning katalaas-positiivne bakter. Algselt andis bakterile nimetuse Christian Gottfried Ehrenberg,[1] milleks oli Vibrio subtilis, seejärel aastal 1872 muutis Ferdinand Cohn bakteri nimeks Bacillus subtilis.[2] Bacillus subtilis on varda või õngeridva kujuga, umbes 4–10 mikromeetrit (μm) pikad, 0,25–1,0 μm diameetriga ja raku mahtuvusega 4.6 fL statsionaarses faasis.[3] Nagu ka teised sama perekonna bakterid, on ka B. subtilis võimeline moodustama endospoore, et ekstreemsetes keskkonnatingimustes (temperatuur ja kuivsus) ellu jääda.[4] B. subtilis on fakultatiivne anaeroob,[5] kuigi bakterit teati obligaatse aeroobina kuni aastani 1998. B. subtilis on flagellaat ning tänu oma viburile on ta võimeline liikuma kiiresti vedelikes. B. subtilis on vastuvõtlik geneetilisele manipulatsioonile ja tänu sellele on ta tuntud mudelorganism laboratoorseteks uuringutest, sealhulgas eriti spooride uurimiseks, mis on lihtsustatud näide raku diferentseerumisest[viide?].

Kasvukoht[muuda | muuda lähteteksti]

Bacillus subtilis on enamasti leitav mulla ülemistes kihtides ning samuti eksisteerib bakter ka inimese soolestikus. 2009. aastal uuriti spooride leitavust mullas (umbes 106 spoori grammi kohta), võrreldes spooride leitavusega inimese väljaheidetes (umbes 104 spoori grammi kohta). Inimese väljaheidetest leitud spooride arv oli liiga kõrge, et olla omastatud ainult saastatud toidu kaudu.[6]

Paljunemine[muuda | muuda lähteteksti]

B. subtilis on võimeline jagunema sümmeetriliselt kaheks tütarrakuks kui ka asümmeetriliselt tootes üksiku endospoori, mis on elujõuline veel aastakümneid ja resistente ebasoodsatele keskkonnatingimustele nagu põud, soolsus, kõrge pH, kiirgus ja solvendid. Endospoor moodustub (toitainete puudumise) stressi tagajärjel ning organism püsib keskkonnas elus kuni tingimused muutuvad soodsamaks. Enne sporulatsiooni võivad rakud moodustada viburi, muutudes liikuvaks, võtta keskkonnast DNA-d või toota antibiootikume. Selline reageerimine stressile näitab bakteri katset leida toitaineid, otsides seda soodsamast keskkonnast. Selleks kasutab rakk uut kasulikku geneetilist materjali, mida on saanud keskkonnast. Materjali võib ta ka kasutada lihtsalt konkurentsi hävitamisel.[viide?]

Stressitingimustel, näiteks toitainete puudusel, läbib B. subtilis sporulatsiooni. Seda protsessi on põhjalikult vaadeldud ja tänu sellele on bakter hea mudelorganism sporulatsiooni uurimiseks.[7]

Genoom[muuda | muuda lähteteksti]

Bakteris on umbes 4000 geeni, millest ainult 192 on nähtud hädavajalikuna ning 79 geeni oli ennustatud vajalikuks. Suur osa olulistest geenidest asub bakteri metabolismivähestes domeenides, umbes pooled on seotud informatsiooni töötlusega, üks viiendik seotud raku ümbrise sünteesiga ning raku kuju ja jagunemise määramisega, üks kümnendik seotud raku energeetikaga.[8]

B. subtilise alamtüve QB928 täielikult sekveneeritud genoom on 4 146 839 DNA aluspaari pikk ning tal on olemas 4292 geeni. QB928 tüvi on laialdaselt kasutatud geneetilistes uuringutes tänu mitmesuguste markerite olemasolule [arol(aroK)906 purE1 dal(alrA)1 trpC2].[9]

Mitmed kodeerimata RNA-d kirjeldati aastal 2009 B. subtilise genoomis, sealhulgas Bsr RNA-d.[10] Analüüsid on näidanud, et B. subtilise liikmed ilmutavad märkimisväärset genoomilist mitmekesisust.[11]

Kasutusalad[muuda | muuda lähteteksti]

1900ndad[muuda | muuda lähteteksti]

B. subtilise kultuurid olid populaarsed kogu maailmas kui immunostimuleeriva ainena seedetrakti ja kuseteede haiguste raviks, enne kui antibiootikume maailmale tutvustati. B. subtilis oli 1950ndatel kasutusel alternatiivse ravimina, mis pärast seedimist oluliselt stimuleerib laia skaalaga immuunset aktiivsust, sealhulgas aktiveerib spetsiifiliste antikehade IgM, IgG ja IgA sekretatsiooni[12]. CpG dinukleotiidide vabanemine indutseerib leukotsüütide ja tsütokineesi INF A/Y tootmise aktiivsust, mis on oluline tsütotoksilisuse arenguga kasvajarakkude suunas.[13] Alates 1946. aastast oli Ameerikas ja Euroopas B. subtilis märgitud kui immunostimulaatorse ravina soolestiku ja kuseteede haigustes nagu rotaviirus ja shigelloos.

Alates 1960ndatest oli B. subtilis tuntud testitava liigina kosmoselendude eksperimentides. Endospoorid võivad kuni kuus aastat kosmoses elus püsida, kui need on kaetud tolmuosakestega, mis kaitseb neid päikese otsese UV-kiirguse eest.[14] Bakterit on kasutatud kui ekstremofiili ellujäämisindikaatorina avakosmoses "Exobiology Radiation Assembly"[15][16], "EXOSTACK" [17][18] ja "EXPOSE" orbiidi missioonidel.[19][20][21]

2000ndad[muuda | muuda lähteteksti]

  • On kasutusel mudelorganismina laboratoorsetes uuringutes, mis on suunatud grampositiivsete spoore moodustavate bakterite omaduste uurimisele.[22] Põhilised mehhanismid vastupidavate spooride moodustumisel on nähtud B. subtilise spooride teke vaatlustel.
  • Tänu oma headele fermentatsiooniomadustele (toote saagikus 20 kuni 25 grammi liitri kohta) on B. subtilist kasutatud mitmesuguste ensüümide tootmisel, nagu näiteks amülaas ja proteaas.[23]
  • Teisi ensüüme, mis on produtseeritud B. subtilise ja Bacillus licheniformise poolt, on laialdaselt kasutusel lisanditena pesupesemisvahendites.[viide?]
  • Seda on kasutatud, et toota hüaluroonhapet, mis on kasutusel tervisehoius[24] ja kosmeetikas. 
  • Monsanto on isoleerinud B. subtilisest geeni, mis ekspresseerib külm-šokk proteiin B-d ja on selle ühendanud nende põuakindla maisi hübriidiga MON 87460. Uus hübriid sai heaks kiidetud müügiks Ameerika Ühendriikides 2011. aasta novembrist.[25][26]
  • Isoleeriti B. subtilise uudsed tüved, mis suudavad kasutada 4-fluorotrüptofaani (4FTrp), aga mitte kanoonilist trüptofaani (Trp) paljundamise jaoks. Kuna Trp on kodeeritud ühe koodoniga, siis on tõendeid, et Trpi on võimalik ümberasustada 4FTrp poolt geneetilises koodis. Eksperimendid näitasid, et kanooniline geneetiline kood on muteeritav.[27]

Identifitseerimine[muuda | muuda lähteteksti]

Alljärgnev tabel on B. subtilise identifitseerimiseks läbi teatud testide.

Test Tulemus[28][29]
Hape glükoosist +
Hape laktoosist
Hape sahharoosist +
Hape mannitoolist +
Katalaas +
Tsitraat (Simmons) +
Endospoor +
Gaas glükoosist
Želatiini hüdrolüüs +
Grami järgi värvimine +
Vesiniksulfiidi tootmine
Indooli tootmine
Liikuvus +
Nitraadi reduktsioon +
Oksüdaas +
Fenüülalaniini deaminaas
Kuju Ridvakujuline
Uurea hüdrolüüs
Voges-Proskaeur test +

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Ehrenberg CG (1835). Physikalische Abhandlungen der Koeniglichen Akademie der Wissenschaften zu Berlin aus den Jahren 1833–1835. pp. 145–336. 
  2. Cohn, Ferdinand (1872). "Untersuchungen über Bacterien". Beiträge zur Biologie der Pflanzen 1. pp. 127–224. 
  3. "Monitoring bacterial growth using tunable resistive pulse sensing with a pore-based technique". Applied Microbiology and Biotechnology 98 (2): 855–62. jaanuar 2014. PMID 24287933. doi:10.1007/s00253-013-5377-9. 
  4. Madigan, M; Martinko, J, toim. (2005). Brock Biology of Microorganisms (trükk: 11th). Prentice Hall. ISBN 0-13-144329-1. 
  5. "Anaerobic growth of a "strict aerobe" (Bacillus subtilis)". Annual Review of Microbiology 52 (1): 165–90. 1998. PMID 9891797. doi:10.1146/annurev.micro.52.1.165. 
  6. "Bacillus subtilis isolated from the human gastrointestinal tract". Research in Microbiology 160 (2): 134–43. Märts 2009. PMID 19068230. doi:10.1016/j.resmic.2008.11.002. 
  7. McKenney, Peter T.; Driks, Adam; Eichenberger, Patrick. "The Bacillus subtilis endospore: assembly and functions of the multilayered coat". Nature Reviews Microbiology 11 (1): 33–44. doi:10.1038/nrmicro2921. 
  8. "Essential Bacillus subtilis genes". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 100 (8): 4678–83. aprill 2003. Bibcode:2003PNAS..100.4678K. PMC 153615. PMID 12682299. doi:10.1073/pnas.0730515100. 
  9. "Complete genome sequence of Bacillus subtilis strain QB928, a strain widely used in B. subtilis genetic studies". Journal of Bacteriology 194 (22): 6308–9. November 2012. PMC 3486399. PMID 23105055. doi:10.1128/JB.01533-12. 
  10. "Novel small RNA-encoding genes in the intergenic regions of Bacillus subtilis". Gene 428 (1–2): 2–8. jaanuar 2009. PMID 18948176. doi:10.1016/j.gene.2008.09.024. 
  11. "Ecology and genomics of Bacillus subtilis". Trends in Microbiology (Elsevier Inc) 16 (6): 269–75. juuni 2008. PMC 2819312. PMID 18467096. doi:10.1016/j.tim.2008.03.004. 
  12. "In vitro effects of Bacillus subtilis on the immune response". Chemioterapia 5 (6): 404–7. detsember 1986. PMID 3100070. 
  13. "Anticancer and Immunostimulatory effects of Nucleoprotein Fraction of Bacillus subtilis". Experimental Oncology 25: 119–123. juuni 2003. 
  14. "Space microbiology". Microbiology and Molecular Biology Reviews 74 (1): 121–56. märts 2010. PMC 2832349. PMID 20197502. doi:10.1128/mmbr.00016-09. 
  15. "ERA-experiment "Space Biochemistry"". Advances in Space Research 16 (8): 119–29. 1995. Bibcode:1995AdSpR..16..119D. PMID 11542696. doi:10.1016/0273-1177(95)00280-R. 
  16. Vaisberg, O.; Fedorov, A.; Dunjushkin, F.; Kozhukhovsky, A.; Smirnov, V.; Avanov, L.; Russell, C.T.; Luhmann, J.G. (1995). "Ion populations in the tail of Venus". Advances in Space Research 16 (4): 105–18. Bibcode:1995AdSpR..16..105V. doi:10.1016/0273-1177(95)00217-3. 
  17. Clancy, Paul (juuni 2005). Looking for Life, Searching the Solar System. Cambridge University Press. 
  18. "Space microbiology". Microbiology and Molecular Biology Reviews 74 (1): 121–56. märts 2010. PMC 2832349. PMID 20197502. doi:10.1128/MMBR.00016-09. 
  19. "Bacillus subtilis spores on artificial meteorites survive hypervelocity atmospheric entry: implications for Lithopanspermia". Astrobiology 5 (6): 726–36. detsember 2005. Bibcode:2005AsBio...5..726F. PMID 16379527. doi:10.1089/ast.2005.5.726. 
  20. Brandstätter, Franz; Brack, André; Baglioni, Pietro; Cockell, Charles S.; Demets, René; Edwards, Howell G.M. et al. (2008). "Mineralogical alteration of artificial meteorites during atmospheric entry. The STONE-5 experiment". Planetary and Space Science 56 (7): 976–84. Bibcode:2008P&SS...56..976B. doi:10.1016/j.pss.2007.12.014. 
  21. "Survival of spores of the UV-resistant Bacillus subtilis strain MW01 after exposure to low-earth orbit and simulated martian conditions: data from the space experiment ADAPT on EXPOSE-E". Astrobiology 12 (5): 498–507. mai 2012. Bibcode:2012AsBio..12..498W. PMID 22680695. doi:10.1089/ast.2011.0772. 
  22. "Ecology and genomics of Bacillus subtilis". Trends in Microbiology 16 (6): 269–75. juuni 2008. PMC 2819312. PMID 18467096. doi:10.1016/j.tim.2008.03.004. 
  23. "Bacillus subtilis: from soil bacterium to super-secreting cell factory". Microbial Cell Factories 12 (3): 3. jaanuar 2013. PMC 3564730. PMID 23311580. doi:10.1186/1475-2859-12-3. 
  24. http://www.biopharma.novozymes.com/en/hyaluronic-acid/Frequently-asked-questions/Pages/default.aspx
  25. "The forage and grain of MON 87460, a drought-tolerant corn hybrid, are compositionally equivalent to that of conventional corn". Journal of Agricultural and Food Chemistry 57 (20): 9754–63. oktoober 2009. PMID 19778059. doi:10.1021/jf9021515. 
  26. USDA: Determination of Nonregulated Status for MON 87460 Corn (Zea mays L)
  27. "Mutations enabling displacement of tryptophan by 4-fluorotryptophan as a canonical amino acid of the genetic code". Genome Biology and Evolution 6 (3): 629–41. märts 2014. PMC 3971595. PMID 24572018. doi:10.1093/gbe/evu044. 
  28. Saadabi, Abdulmoneim M.; Ali, Lina F.; Omer, A.B.; Ahmed, G.A.; Al Asa, Rofieda K. (2010). "Isolation and Identification of Pathogenic Bacteria and Fungi from Some Sudanese Banknote Currency". Research Journal of Medical Sciences 4 (5): 315–318. doi:10.3923/rjmsci.2010.315.318. Vaadatud 03.12.2016. 
  29. PROKARYOTAE, REGNUM. "ABIS Encyclopedia". www.tgw1916.net. Vaadatud 03.12.2016.