Bacillus subtilis

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 ka tõendeid, et tegemist on fakultatiivse anaeroobiga. B. subtilis't peetakse kõige põhjalikumalt 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 ja katalaas-positiivne bakter. Christian Gottfried Ehrenberg nimetas selle [1] Vibrio subtilis'eks ja 1872. aastal nimetas Ferdinand Cohn selle ümber Bacillus subtilis'eks.[2] Bacillus subtilis on varda või õngeridva kujuga, umbes 4–10 mikromeetrit (μm) pikk, 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 (äärmuslik temperatuur ja kuivus) 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 suur, 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 resistentne 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 hinnatud hädavajalikuks 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. subtilis'e 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. subtilis'e genoomis, sealhulgas Bsr RNA-d.[10] Analüüsid on näidanud, et B. subtilise liikmed ilmutavad märkimisväärset genoomilist mitmekesisust.[11]

Kasutusalad

[muuda | muuda lähteteksti]

1900. aastatel

[muuda | muuda lähteteksti]

Enne antibiootikumide kasutuselevõttu kasutati B. subtilis'e kultuure kogu maailmas immunostimuleeriva ainena seedetrakti ja kuseteede haiguste ravis. B. subtilis oli 1950. aastatel 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 1960. aastatest 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]

2000. aastatel

[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 20–25 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 ümber asustada 4FTrp poolt geneetilises koodis. Eksperimendid näitasid, et kanooniline geneetiline kood on muteeritav.[27]

Identifitseerimine

[muuda | muuda lähteteksti]

Tabelis on esitatud valik levinud analüüse ja B. subtilis'e identifitseeritavus neis.

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. Lk 145–336.
  2. ↑ Cohn F (1872). "Untersuchungen über Bacterien". Beiträge zur Biologie der Pflanzen. Kd 1. Lk 127–224.
  3. ↑ Yu AC, Loo JF, Yu S, Kong SK, Chan TF (jaanuar 2014). "Monitoring bacterial growth using tunable resistive pulse sensing with a pore-based technique". Applied Microbiology and Biotechnology. 98 (2): 855–62. DOI:10.1007/s00253-013-5377-9. PMID 24287933.
  4. ↑ Madigan M, Martinko J, toim-d (2005). Brock Biology of Microorganisms (11th ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-144329-1.
  5. ↑ Nakano MM, Zuber P (1998). "Anaerobic growth of a "strict aerobe" (Bacillus subtilis)". Annual Review of Microbiology. 52 (1): 165–90. DOI:10.1146/annurev.micro.52.1.165. PMID 9891797.
  6. ↑ Hong HA, Khaneja R, Tam NM, Cazzato A, Tan S, Urdaci M, Brisson A, Gasbarrini A, Barnes I, Cutting SM (märts 2009). "Bacillus subtilis isolated from the human gastrointestinal tract". Research in Microbiology. 160 (2): 134–43. DOI:10.1016/j.resmic.2008.11.002. PMID 19068230.
  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. ↑ Kobayashi K, Ehrlich SD, Albertini A, Amati G, Andersen KK, Arnaud M, et al. (aprill 2003). "Essential Bacillus subtilis genes". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (8): 4678–83. Bibcode:2003PNAS..100.4678K. DOI:10.1073/pnas.0730515100. PMC 153615. PMID 12682299. {{cite journal}}: eiran teksti "jstor" (juhend)
  9. ↑ Yu CS, Yim KY, Tsui SK, Chan TF (november 2012). "Complete genome sequence of Bacillus subtilis strain QB928, a strain widely used in B. subtilis genetic studies". Journal of Bacteriology. 194 (22): 6308–9. DOI:10.1128/JB.01533-12. PMC 3486399. PMID 23105055.
  10. ↑ Saito S, Kakeshita H, Nakamura K (jaanuar 2009). "Novel small RNA-encoding genes in the intergenic regions of Bacillus subtilis". Gene. 428 (1–2): 2–8. DOI:10.1016/j.gene.2008.09.024. PMID 18948176.
  11. ↑ Earl AM, Losick R, Kolter R (juuni 2008). "Ecology and genomics of Bacillus subtilis". Trends in Microbiology. Elsevier Inc. 16 (6): 269–75. DOI:10.1016/j.tim.2008.03.004. PMC 2819312. PMID 18467096.
  12. ↑ Ciprandi G, Scordamaglia A, Venuti D, Caria M, Canonica GW (detsember 1986). "In vitro effects of Bacillus subtilis on the immune response". Chemioterapia. 5 (6): 404–7. PMID 3100070.
  13. ↑ Shylakhovenko VA (juuni 2003). "Anticancer and Immunostimulatory effects of Nucleoprotein Fraction of Bacillus subtilis". Experimental Oncology. 25: 119–123.
  14. ↑ Horneck G, Klaus DM, Mancinelli RL (märts 2010). "Space microbiology". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 74 (1): 121–56. DOI:10.1128/mmbr.00016-09. PMC 2832349. PMID 20197502.
  15. ↑ Dose K, Bieger-Dose A, Dillmann R, Gill M, Kerz O, Klein A, Meinert H, Nawroth T, Risi S, Stridde C (1995). "ERA-experiment "Space Biochemistry"". Advances in Space Research. 16 (8): 119–29. Bibcode:1995AdSpR..16..119D. DOI:10.1016/0273-1177(95)00280-R. PMID 11542696.
  16. ↑ Vaisberg O, Fedorov A, Dunjushkin F, Kozhukhovsky A, Smirnov V, Avanov L, Russell C, Luhmann J (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. ↑ Horneck G, Klaus DM, Mancinelli RL (märts 2010). "Space microbiology". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 74 (1): 121–56. DOI:10.1128/MMBR.00016-09. PMC 2832349. PMID 20197502.
  19. ↑ Fajardo-Cavazos P, Link L, Melosh HJ, Nicholson WL (detsember 2005). "Bacillus subtilis spores on artificial meteorites survive hypervelocity atmospheric entry: implications for Lithopanspermia". Astrobiology. 5 (6): 726–36. Bibcode:2005AsBio...5..726F. DOI:10.1089/ast.2005.5.726. PMID 16379527.
  20. ↑ Brandstätter F, Brack A, Baglioni P, Cockell CS, Demets R, Edwards HG, 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. ↑ Wassmann M, Moeller R, Rabbow E, Panitz C, Horneck G, Reitz G, Douki T, Cadet J, Stan-Lotter H, Cockell CS, Rettberg P (mai 2012). "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. Bibcode:2012AsBio..12..498W. DOI:10.1089/ast.2011.0772. PMID 22680695.
  22. ↑ Earl AM, Losick R, Kolter R (juuni 2008). "Ecology and genomics of Bacillus subtilis". Trends in Microbiology. 16 (6): 269–75. DOI:10.1016/j.tim.2008.03.004. PMC 2819312. PMID 18467096.
  23. ↑ van Dijl JM, Hecker M (jaanuar 2013). "Bacillus subtilis: from soil bacterium to super-secreting cell factory". Microbial Cell Factories. 12 (3): 3. DOI:10.1186/1475-2859-12-3. PMC 3564730. PMID 23311580.
  24. ↑ "Arhiivikoopia". Originaali arhiivikoopia seisuga 28. august 2013. Vaadatud 14. detsembril 2017.{{netiviide}}: CS1 hooldus: arhiivikoopia kasutusel pealkirjana (link)
  25. ↑ Harrigan GG, Ridley WP, Miller KD, Sorbet R, Riordan SG, Nemeth MA, Reeves W, Pester TA, et al. (oktoober 2009). "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. DOI:10.1021/jf9021515. PMID 19778059.
  26. ↑ USDA: Determination of Nonregulated Status for MON 87460 Corn (Zea mays L)
  27. ↑ Yu AC, Yim AK, Mat WK, Tong AH, Lok S, Xue H, Tsui SK, Wong JT, Chan TF (märts 2014). "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. DOI:10.1093/gbe/evu044. PMC 3971595. PMID 24572018.
  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.