BACILLUS: CARACTERÍSTIQUES, REPRODUCCIÓ, NUTRICIÓ, MALALTIES - BIOLOGIA - 2025

Bacillus és un gènere de bacteris de la divisió Firmicutes que es caracteritzen per ser formadores d'espores en condicions aeròbiques. Posseeixen forma de bastó i generalment són Gram positives (encara que algunes són Gram variables), amb colònies que presenten organismes que es tenyeixen de rosat i altres que es tenyeixen de porpra.

En aquests casos, els investigadors han trobat que el nombre d'organismes que responen com Gram negatius s'incrementa amb l'edat de la colònia a causa d'una disminució en el gruix de la capa d'petidoglicano.

Bacillus flexus. Presa i editada de: Dr. Sahay.

Els bacteris d'aquest gènere poden ser aerobis estrictes o anaeròbiques facultatives. La majoria són mòbils per la presència de flagels, però, també hi ha representants no mòbils. Poden trobar pràcticament en qualsevol ambient a la terra, incloent ambients extrems, des elevades altituds fins al llit marí.

El gènere va ser utilitzat en 1835 per Christian Gottfried Ehrenberg per definir a bacteris amb forma de bastó, però després va ser redefinit per Ferdinand Cohn i empleat per agrupar bacils formadors d'espores en condicions aeròbiques, Gram-positives i aeròbies o anaeròbies facultatives.

Algunes espècies són d'interès mèdic ja que poden causar malalties com l'àntrax (Bacillus anthracis) o malalties transmeses per aliments (Bacillus cereus). Altres són emprades per a l'obtenció d'antibiòtics, enzims, com probiòtics o en processos de fermentació i en agricultura.

Característiques generals

La principal característica que defineix a el gènere és la capacitat de produir endòspores en condicions aeròbiques. Aquestes espores es caracteritzen per ser capaços de resistir altes temperatures, dessecació, a l'acció dels desinfectants, i fins i tot a la radiació.

La paret cel·lular està formada per diverses capes de peptidoglicanos entrecreuades entre elles formant un fort bastida que manté la forma cel·lular i que conté àcids teicoicos i lipoteicoicos.

Tenen forma de bastó, rectes o lleugerament corbades i es poden trobar de forma individual, en parelles i ocasionalment en cadenes. La gran majoria d'elles són mòbils a causa de la presència de flagels peritricos, és a dir, que es projecten en totes direccions. No obstant això, Bacillus anthracis no té flagels.

La majoria dels bacteris d'aquest gènere són Gram positives, però, algunes són Gram variables, és a dir que poden tenyir-se de rosat o de porpra. Això és a causa que la capa d'peptidoglicà pot fer-se menys gruixuda i complexa a mesura que envelleix el bacteri, sent incapaç de retenir el cristall violeta a l'ésser tractada amb alcohol.

Són organismes ubics i molt resistents, amb espècies capaces de resistir temperatures molt elevades (termòfiles) o molt baixes (psicrófilas), també hi ha espècies que poden tolerar ambients molt àcids o molt alcalins per a altres espècies.

Algunes espècies són aeròbiques estrictes, sent incapaços de sobreviure en condicions anòxiques, mentre que altres espècies són anaeròbiques facultatives.

morfologia

Els bacteris de l'gènere Bacillus poden tenir forma de vareta, rectes o lleugerament corbades, generalment d'extrem rodó, tot i que algunes cèl·lules ha estat descrites com quadrades (ex. Bacillus cereus).

Les cèl·lules tenen un diàmetre que varia de 0.4 a 1.8 micres i una longitud de 0.9 a 10.0 micres. Les dimensions de les cèl·lules dins de cada espècie i dins de cada cep solen tenir poca variabilitat.

Les cèl·lules es presenten individualment i en parells, alguns en cadenes i ocasionalment en filaments llargs. Depenent de l'espècie, el cep i les condicions de cultiu, les cèl·lules filles poden separar-se.

D'aquesta manera el cultiu sembla estar compost de cèl·lules individuals i parells de cèl·lules en divisió quan s'observen mitjançant microscòpia de contrast de fase. En altres casos, les cèl·lules filles poden romandre unides entre si, de manera que es veuen cadenes de cèl·lules.

La morfologia de les espores és una característica taxonòmica, tot i que pot existir alguna variació dins de ceps particulars. Les espores més comuns tenen forma el·lipsoïdal o ovalada, però les formes van des cilíndriques fins el·lipsoïdals, esfèriques o de formes irregulars que recorden un ronyó o un plàtan.

Taxonomia i classificació

Taxonòmicament, el gènere Bacillus, situat al Phylum Firmicutes, Classe Bacilli, Ordre Bacillales, Família Bacillacea. Aquest gènere va ser utilitzat per Christian Gottfried Ehrenberg en 1835 per per agrupar als bacteris en forma de bastó.

Després Ferdinand Cohn, el 1872, va redefinir el grup com bacteris formadors d'espores, resistents a la calor, Gram-positives i aeròbies o anaeròbies facultatives. L'espècie tipus de l'gènere és Bacillus subtilis.

Els investigadors van determinar el 1991 que el gènere Bacillus, tal com havia estat tractat fins ara, era polifilético. Per la qual cosa van realitzar un reordenament de el grup Bacillus sensu lato, de el qual van ser extrets cinc nous gèneres.

El gènere està subdividit en dos grups, d'una banda el grup de B. subtilis i espècies relacionades, mentre que per l'altre es troba el grup de B. cereus. El primer d'ells agrupa organismes de menys de 1 micres de diàmetre, esporangi no inflat i espores el·lipsoïdals.

El segon grup, per la seva banda, conté espècies de més de 1 micres de diàmetre, amb un esporangi no inflat i espores elpsoidales.

On es troben?

Els bacteris de l'gènere Bacillus han estat aïllades majoritàriament a terra, aigua, aliments i mostres clíniques. Però també s'han trobat en els ambients més insòlits, com en sediments oceànics a milers de metres per sota de el nivell de la mar i en mostres d'aire estratosfèriques, en piscines geotèrmiques àcides, en aigües subterrànies altament alcalines i en llacs hipersalins terminals.

D'altres han estat descobertes en nínxols creats per humans, des de tombes mexicanes i deteriorades pintures murals romanes, fins a quarts ultra nets en instal·lacions d'acoblament de naus espacials.

Les plantes també són una rica font de noves espècies de Bacillus, algunes endofíticas i altres associades a la rizosfera.

reproducció

Els bacteris de l'gènere Bacillus tenen dues formes de reproducció asexual: fissió binària i de esporulació.

fissió binària

La fissió binària és un tipus de reproducció que passa quan el bacteri es troba en un ambient favorable per al seu desenvolupament i permet un creixement exponencial. La fissió binària implica una divisió mitòtica que dóna com a resultat dues cèl·lules filles idèntiques.

Cultiu de Bacillus subtilis. Presa i editada de: A doubt.

Reproducció de esporulació

Aquest segon tipus també es coneix per formació d'espores. Apareix quan hi ha algun tipus d'estrès en la colònia. Durant l'esporulació ocorre una divisió cel·lular asimètrica, donant com a resultat la formació d'una cèl·lula gran (cèl·lula mare) i una de menor grandària (preespora).

La preespora és englobada per la cèl·lula mare i recoberta de diverses capes protectores, el que genera pèrdua d'aigua i permet la seva maduresa. Després d'això ocorre la lisi de la cèl·lula mare i l'alliberament de la endospora, la qual pot romandre en dormancia fins que les condicions favorables es restableixin.

Aquesta endospora, com ja va ser assenyalat abans, és resistent a temperatures extremes, a la dessecació, a l'acció de detergents ia la radiació, i és la causa principal de la resistència d'aquests bacteris i la seva capacitat de colonitzar qualsevol ambient.

nutrició

La majoria dels bacteris de l'gènere Bacillus es troben habitant a terra i la seva nutrició és de tipus saprófita, és a dir, que s'alimenten de matèria orgànica en descomposició.

Altres espècies integren la flora bacteriana dels animals. En aquests casos, estableixen una relació simbiòtica en la qual aprofiten els aliments ingerits per la seva hoste i produeixen enzims que ajuden a la digestió d'aquests aliments.

Finalment, algunes espècies poden actuar com a paràsits oportunistes, alimentant directament del seu hostatger.

malalties

La majoria de les espècies de Bacillus no són patògens i rares vegades han estat associades a malalties en humans o altres animals. L'àntrax és l'afecció més coneguda causada per aquest tipus de bacteris, encara que també són comunes les intoxicacions alimentàries i infeccions oportunistes causades per Bacillus cereus

Àntrax o carboncle

Aquesta malaltia és altament contagiosa i és ocasionada pel bacteri Bacillus anthracis. Pot afectar diferents parts de el cos i la seva patogenicitat depèn de el teixit afectat, la forma de contagi i el temps que es triga des del contagi fins que s'inicia el tractament.

Cultiu de Bacillus anthracis, cep recol·lectada en Kaimedo, Tòquio, Japó lloc de l'incident de bioterrorisme el 1993. Presa i editada de: Centers for Disease Control, United States.

La forma més agressiva de la malaltia és l'àntrax pulmonar, el qual presenta una mortalitat elevada. També pot atacar la pell (àntrax cutani) o l'aparell digestiu. El carboncle pot atacar qualsevol animal de sang calenta, incloent a l'home.

Els cadàvers dels animals morts a causa de la malaltia, així com terrenys contaminats per la femta, o sang d'animals infectats constitueixen reservoris de la malaltia.

Síndrome de l'arròs fregit

És una síndrome hemético que apareix principalment pel consum d'arròs mal manipulat, encara que també pot presentar-se pel consum de lactis i altres aliments. L'agent causal és el bacteri Bacillus cereus.

Aquesta síndrome es caracteritza per la presència de nàusees i vòmits, els quals apareixen d'1 a 5 hores després de la ingesta dels aliments contaminats. També poden presentar-se rampes abdominals, però les diarrees no són freqüents.

És una malaltia autolimitada que té una durada generalment no superior a les 48 hores, en les quals és important evitar la deshidratació, descansar i evitar el consum de lactis mentre perdurin els símptomes de la síndrome.

endoftalmitis

La endoftalmitis és una infecció de ull a causa de diferents organismes patògens. La resposta inflamatòria de l'òrgan infectat pot causar traumes en el mateix ull.

Diferents espècies de bacteris estan relacionades amb aquesta malaltia, una de les més rellevants és Bacillus cereus, les infeccions originen lesions de pronòstics reservats.

El tractament de la malaltia consisteix de subministrar a l'pacient clindamicina o vancomicina, també es recomana la dexametasona. En ocasions, la malaltia pot comprometre la visió. En aquests casos es recomana l'extracció quirúrgica d'l'humor vitri.

altres malalties

Els bacteris de l'gènere Bacillus estan relacionades amb diferents malalties que afecten principalment a persones amb el sistema immunològic compromès. Entre aquestes malalties es poden esmentar endocarditis, bacterièmia, infeccions cutànies i musculoesqueletales, així com queratitis.

L'espècie Bacillus megaterium, una de les espècies de bacteris més grans que existeixen, pot ocasionar abscessos cerebrals.

Bacillus megatierium. Presa i editada de: Alexastely.

usos

probiòtics

Segons l'Organització Mundial de la Salut, els probiòtics són microorganismes vius que causen efectes beneficiosos en la salut de les persones o animals que els consumeixen en quantitats adequades en la seva dieta.

Algunes espècies de Bacillus tenen ús com probiòtics, entre elles B. coagulans. Entre els beneficis que porta la ingesta d'aquest bacteri, els investigadors han suggerit que hi ha el alleujar els símptomes de la síndrome de l'intestí irritable. També alleuja els símptomes de l'artritis reumatoide i la flatulència.

Un altre integrant de l'gènere que té ús com a probiòtic és B. subtilis. Entre els beneficis d'aquest organisme com probiòtic es troben l'alleujament d'inflamacions intestinals i infeccions urogenitals i aturar la diarrea.

Les espores d'aquest bacteri, per la seva banda, actuen contra l'estrès oxidatiu producte de la queratinocitis.

controlador biològic

Els bacteris de l'gènere Bacillus produeixen una varietat de substàncies amb propietats antibiòtiques que inhibeixen el creixement d'organismes fitopatògens, com ara els lipopèptids cíclics no ribosomals i les δ endotoxines. També l'empren en la indústria farmacològica per obtenir antibiòtics contra patògens d'éssers humans.

Aproximadament el 75% dels bioplaguicides que es comercialitzen a nivell mundial són produïts amb base en Bacillus thuringiensis. Altres espècies, com ara B. subtilis, B. pumilus i B. amyloliquefaciens també són emprades comercialment, principalment per a l'elaboració de fungicides.

altres usos

La indústria també empra els bacteris de l'gènere Bacillus també per a l'obtenció comercial d'enzims i per a l'elaboració de detergents. A més a es troben entre els microorganismes més utilitzats en estudis de microbiologia, biologia molecular, o enginyeria genètica, entre d'altres.

Cicle de vida

En condicions adequades de nutrició, temperatura, pH, composició atmosfèrica, entre altres, les cèl·lules de Bacillus creixen i es divideixen per fissió binària, una forma de reproducció asexual que consisteix en la duplicació de l'ADN, seguida de la divisió de l'citoplasma per un envà divisor que travessa el centre de la cèl·lula, donant lloc a dues cèl·lules filles.

condicions adverses

No obstant això, quan les condicions ambientals són adverses, les cèl·lules vegetatives generen endòspores, que són estructures cel·lulars que no conté ATP i que tenen metabolismes extremadament latents, la qual cosa li confereix resistència.

Les endosporas es formen a la fi de la fase de creixement exponencial. Es coneixen molts altres factors que afecten la formació de endòspores, com la temperatura de creixement, pH ambiental, ventilació, presència de certs minerals i fonts de carboni, nitrogen i fòsfor i les seves concentracions. Una altra influència és la densitat poblacional.

Passos espores latents-cèl·lules vegetatives

La conversió d'espores latents a cèl·lules vegetatives implica tres passos: activació, germinació i creixement extern. La inactivitat es trenca amb canvis favorables en la temperatura o per envelliment de les cèl·lules.

No obstant això, moltes espècies no requereixen tal activació. A l'sortir de la latència, si l'espora troba condicions ambientals apropiades, es desencadena la germinació, a través de la pèrdua de la refractancia, d'una ràpida hidrolització de l'escorça i de la degradació de petites proteïnes àcid solubles que li confereixen resistència a agents químics i de radiació.

El protoplast de les espores germinades s'infla visiblement a causa de la captació d'aigua, es reprèn la biosíntesi, i una nova cèl·lula vegetativa emergeix de la capa d'espores rotam donant lloc a un nou període de reproducció vegetativa.

espècies destacades

Bacillus cereus

Aquesta espècie és un bacteri Gram positiva que es troba comunament en els sòls, l'aigua i en els aliments en totes les zones temperades de l'món. És una espècie anaeròbica facultativa que pot desplaçar-se per acció de flagels peritricos.

Aquest bacteri és una de les principals responsables de malalties transmeses pels aliments, podent ocasions síndrome emètic o síndrome tóxicoinfeccioso. Bacillus cereus també pot ocasionar diverses malalties no gastrointestinals, com ara endocarditis, bacterièmia, endoftalmitis o infeccions cutànies cròniques entre d'altres.

A causa de que presenta endòspores molt resistents, la seva eliminació no s'aconsegueix amb la cocció, tampoc l'elimina la congelació, però aquest últim si deté el seu creixement, per la qual cosa és recomanable emprar temperatures inferiors a 6 ° C si l'aliment va a es emmagatzemat per llargs períodes de temps.

Bacillus anthracis

És una espècie de el gènere que es caracteritza per ser immòbil per l'absència de flagels, a l'contrari del que passa amb la resta dels representants de l'gènere. És Gram positiva i anaeròbia facultativa.

Aquest bacteri és la responsable de l'carboncle i la seva patogenicitat depèn de dos factors de virulència, un polipèptid capsular denominat Substància P i una exotoxina proteica anomenada Factor B.

Existeixen nombroses soques d'aquest bacteri, la virulència varia entre elles. Els ceps més virulentes han estat emprades com a armes biològiques.

Bacillus subtilis

Bacteri Gram positiva i catalasa positiva que habita a terra. Té forma de bastó de vores arrodonides i una mida de 2-3 micres de llarg per 1 micra d'ample. Aquest bacteri és gairebé exclusivament aeròbica, però pot sobreviure en ambients anòxics.

És considerat com a segura per a l'ésser humà, però hi ha casos aïllats d'intoxicació per ingesta d'aliments contaminats amb aquesta espècie. En aquests casos, els símptomes són similars als d'intoxicació per Bacillus cereus.

És una de les espècies bacterianes més estudiada i els investigadors la consideren com la versió Gram positiva d'Escherichia coli. També és considerada com a organisme model per a estudis de laboratori, sobretot en estudis de manipulació genètica.

Bacillus subtilis produeix bactricina, un antibiòtic bactericida el qual és efectiu en el tractament contra bacteris Gram positives, com ara Staphilococcus aureus. També produeix compostos bioactius amb activitat antifúngica i substàncies emprades en l'elaboració de detergents.

Bacillus thuringiensis

Bacil Gram positiu que habita a terra, superfície de les plantes i en l'intestí de les erugues de diverses espècies de papallones i arnes. Es caracteritza perquè durant el procés de esporulació produeixen uns vidres proteics que posseeixen propietats insecticides.

Gràcies a aquests vidres, coneguts com δ endotoxines, les espores de Bacillus thuringensis i els vidres proteínics tenen ús com biopesticides des de fa més de 100 anys.

Els investigadors han introduït la informació genètica d'aquesta planta, per mitjà d'enginyeria genètica, a diverses espècies de plantes, com ara patata, cotó o blat de moro, perquè les plantes produeixin substàncies amb propietats insecticides.

referències

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearshall & BJ McCarthy (1978). Microbiology. 2th Edition. Holt, Rinehart & Winston.
2. S. Hogg (2005). Essential microbiology. John Wiley & Sons, LTD.
3. C. Lira. Bacillus cereus: característiques, morfologia, hàbitat, símptomes de contagi, tractament. Recuperat de: lifeder.com.
4. B. López. Bacillus subtilis: característiques, morfologia, malalties. Recuperat de: lifeder.com.
5. D. Fritz (2004). Taxonomy of the Genus Bacillus and Related Genera: The Aeròbic Endospore-Forming Bacteri. Phytopatoly
6. PCB Turnbull (1996). Chapter 15. Bacillus. In: Baron S, editor. Medical Microbiology. 4th edition. Galveston (TX): University of Texas Medical Branch at Galveston.
7. Bacillus. En Wikipedia. Recuperat de en.wikipedia.org