Karakteristik Bacillus thuringiensis, morfologi, siklus hidup



Bacillus thuringiensis adalah bakteri yang termasuk dalam kelompok besar bakteri gram positif, beberapa bersifat patogen dan lainnya sama sekali tidak berbahaya. Ini adalah salah satu bakteri yang paling banyak diteliti karena betapa bermanfaatnya mereka dalam pertanian.

Kegunaan ini adalah bahwa bakteri ini memiliki kekhasan memproduksi selama kristal fase sporulasi yang mengandung protein yang ternyata beracun bagi serangga tertentu yang merupakan hama sejati untuk tanaman.

Di antara fitur yang paling menonjol dari Bacillus thuringiensis Spesifisitasnya yang tinggi, keamanan bagi manusia, tumbuhan dan hewan, serta residu minimal yang ditemukan. Atribut-atribut ini memungkinkan dia untuk memposisikan dirinya sebagai salah satu pilihan terbaik untuk perawatan dan pengendalian hama yang mengganggu tanaman.

Keberhasilan penggunaan bakteri ini menjadi jelas pada tahun 1938 ketika pestisida pertama yang diproduksi dengan sporanya muncul. Dari sana sejarah telah lama dan melaluinya telah meratifikasi Bacillus thuringiensis sebagai salah satu pilihan terbaik untuk mengendalikan hama pertanian.

Indeks

  • 1 Taksonomi
  • 2 Morfologi
  • 3 karakteristik umum
  • 4 Siklus hidup
    • 4.1 Toksin
  • 5 Penggunaan dalam pengendalian hama
    • 5.1 Mekanisme kerja toksin
    • 5.2 Bacillus thuringiensis dan pestisida
    • 5.3 Bacillus thuringiensis dan makanan transgenik
  • 6 Efek pada serangga
  • 7 Referensi

Taksonomi

Klasifikasi taksonomi untuk Bacillus thuringiensis adalah:

Domain: Bakteri

Filum: Firmicutes

Kelas: Bacilli

Memesan: Bacillales

Keluarga: Bacillaceae

Jenis kelamin: Bacillus

Spesies: Bacillus thuringiensis

Morfologi

Mereka adalah bakteri yang memiliki bentuk batang dengan ujung membulat. Mereka menyajikan pola flagellation perimeter, dengan flagela didistribusikan ke seluruh permukaan sel.

Ini memiliki dimensi panjang 3-5 mikron dan lebar 1-1.2 mikron. Dalam budaya eksperimental mereka, koloni lingkaran diamati, dengan diameter 3-8 mm, dengan tepi teratur dan penampilan "kaca buram"..

Ketika mengamati mikroskop elektron, sel-sel memanjang khas, bergabung dalam rantai pendek, diamati.

Jenis bakteri ini menghasilkan spora yang memiliki bentuk ellipsoidal yang khas dan terletak di bagian tengah sel, tanpa menyebabkan deformasi yang sama..

Karakteristik umum

Pertama, Bacillus thuringiensis adalah bakteri gram positif, yang berarti bahwa ketika mengalami proses pewarnaan Gram ia mendapatkan warna ungu.

Demikian juga, itu adalah bakteri yang ditandai oleh kemampuannya untuk menjajah beragam lingkungan. Dimungkinkan untuk mengisolasinya di semua jenis tanah. Ini memiliki distribusi geografis yang luas, telah ditemukan bahkan di Antartika, salah satu lingkungan paling bermusuhan di planet ini.

Mempresentasikan metabolisme aktif, mampu memfermentasi karbohidrat seperti glukosa, fruktosa, ribosa, maltosa dan trehalosa. Ini juga dapat menghidrolisis pati, gelatin, glikogen, dan N-asetil-glukosamin.

Dalam urutan gagasan yang sama, Bacillus thuringiensis Ini adalah katalase positif, mampu menguraikan hidrogen peroksida dalam air dan oksigen.

Ketika telah dibudidayakan dalam media agar-darah, pola beta hemolisis telah diamati, yang berarti bahwa bakteri ini mampu menghancurkan eritrosit sepenuhnya..

Mengenai persyaratan lingkungannya untuk pertumbuhan, diperlukan kisaran suhu mulai dari 10 - 15 ° C hingga 40 - 45 ° C. Dengan cara yang sama, pH optimumnya adalah antara 5,7 dan 7.

itu Bacillus thuringiensis Ini adalah bakteri aerobik yang ketat. Wajib harus berada di lingkungan dengan ketersediaan oksigen yang luas.

Fitur khas dari Bacillus thuringiensis adalah bahwa selama proses sporulasi, ia menghasilkan kristal yang dibentuk oleh protein yang dikenal sebagai delta toksin. Dalam dua kelompok ini telah diidentifikasi: Cry dan the Cyt.

Toksin ini mampu menyebabkan kematian serangga tertentu yang merupakan hama sejati untuk berbagai jenis tanaman.

Siklus hidup

B. thuringiensis Ini menyajikan siklus hidup dengan dua fase: satu di antaranya ditandai oleh pertumbuhan vegetatif, yang lain oleh sporulasi. Yang pertama terjadi di bawah kondisi yang menguntungkan untuk pembangunan, seperti lingkungan yang kaya nutrisi, yang kedua di bawah kondisi yang tidak menguntungkan, dengan kekurangan substrat makanan.

Larva serangga seperti kupu-kupu, kumbang atau lalat, antara lain, dapat memakan endospora bakteri dengan memakan daun, buah-buahan atau bagian lain dari tanaman. B. thuringiensis.

Dalam saluran pencernaan serangga, karena karakteristik basa serangga, protein kristal dari bakteri larut dan aktif. Protein berikatan dengan reseptor dalam sel-sel usus serangga, membentuk pori yang mempengaruhi keseimbangan elektrolit, menyebabkan kematian serangga..

Dengan demikian, bakteri menggunakan jaringan serangga mati untuk memberi makan, multiplikasi dan pembentukan spora baru yang akan menginfeksi inang baru.

Toksin itu

Racun yang diproduksi oleh B. thuringiensis mereka menunjukkan aksi yang sangat spesifik pada invertebrata dan tidak berbahaya pada vertebrata. Inklusi parasporal dari B. thuringensis mereka memiliki protein yang berbeda dengan aktivitas yang beragam dan sinergis.

B. thuringiensis Ini memiliki beberapa faktor virulensi yang meliputi, selain delta endotoksin Cry and Cyt, alfa dan beta eksotoksin tertentu, kitinase, enterotoksin, fosfolipase, dan hemolisin, yang meningkatkan efisiensinya sebagai entomopatogen.

Kristal protein beracun dari B. thuringiensis, mereka terdegradasi di tanah oleh aksi mikroba dan dapat didenaturasi oleh kejadian radiasi matahari.

Penggunaan dalam pengendalian hama

Potensi entomopatogenik Bacillus thuringiensis telah sangat dieksploitasi selama lebih dari 50 tahun dalam perlindungan tanaman.

Berkat pengembangan bioteknologi dan kemajuannya, dimungkinkan untuk menggunakan efek toksik ini melalui dua rute utama: persiapan pestisida yang digunakan langsung pada tanaman dan pembuatan makanan transgenik..

Mekanisme kerja toksin

Untuk memahami pentingnya bakteri ini dalam pengendalian hama, penting untuk mengetahui bagaimana serangan racun dalam organisme serangga..

Mekanisme kerjanya dibagi menjadi empat tahap:

Solubilisasi dan pemrosesan protoxins Cry: kristal yang dicerna oleh larva serangga larut di usus. Dengan aksi protease yang ada, mereka ditransformasikan menjadi racun aktif. Racun-racun ini melewati membran peritrofik (membran pelindung sel epitel usus).

Menyatukan ke penerima: racun berikatan dengan situs tertentu yang terletak di mikrovili sel-sel usus serangga.

Penyisipan dalam membran dan pembentukan pori: Protein cry dimasukkan ke dalam membran dan menyebabkan kerusakan total jaringan melalui pembentukan saluran ion.

Sitolisis: kematian sel-sel usus. Ini terjadi melalui beberapa mekanisme, yang paling dikenal adalah sitolisis osmotik dan inaktivasi sistem yang menjaga keseimbangan pH..

Bacillus thuringiensis dan pestisida

Setelah efek toksik dari protein yang diproduksi oleh bakteri diverifikasi, potensi penggunaannya dalam pengendalian hama pada tanaman dipelajari..

Ada banyak penelitian yang telah dilakukan untuk menentukan sifat pestisida dari racun yang diproduksi oleh bakteri ini. Karena hasil positif dari penyelidikan ini, Bacillus thuringiensis Ini telah menjadi insektisida biologis yang paling banyak digunakan di seluruh dunia untuk mengendalikan hama yang merusak dan berdampak negatif pada berbagai tanaman.

Bioinsektisida berdasarkan Bacillus thuringiensis Mereka telah berkembang seiring waktu. Dari yang pertama yang hanya mengandung spora dan kristal, hingga yang dikenal sebagai generasi ketiga yang mengandung bakteri rekombinan yang menghasilkan toksin bt dan memiliki kelebihan seperti menjangkau jaringan tanaman.

Pentingnya toksin yang dihasilkan oleh bakteri ini adalah tidak hanya efektif melawan serangga, tetapi juga terhadap organisme lain seperti nematoda, protozoa, dan trematoda..

Penting untuk diklarifikasi bahwa racun ini benar-benar tidak berbahaya pada makhluk hidup jenis lain seperti vertebrata, suatu kelompok di mana manusia berada. Ini karena kondisi internal sistem pencernaan tidak cocok untuk proliferasi dan efeknya.

Bacillus thuringiensis dan makanan transgenik

Berkat kemajuan teknologi, terutama pengembangan teknologi DNA rekombinan, telah dimungkinkan untuk membuat tanaman yang secara genetik kebal terhadap efek serangga yang mendatangkan malapetaka pada tanaman. Tanaman ini dikenal secara umum sebagai makanan transgenik atau organisme hasil rekayasa genetika.

Teknologi ini terdiri dari mengidentifikasi dalam genom bakteri urutan gen yang mengkode ekspresi protein beracun. Kemudian gen-gen tersebut dipindahkan ke genom tanaman untuk dirawat.

Ketika tanaman tumbuh dan berkembang, ia mulai mensintesis racun yang sebelumnya diproduksi oleh Bacillus thuringiensis, kemudian kebal terhadap aksi serangga.

Ada beberapa pabrik di mana teknologi ini telah diterapkan. Di antaranya adalah jagung, kapas, kentang, dan kedelai. Tanaman ini dikenal sebagai bt corn, bt cotton, dll..

Tentu saja makanan transgenik ini telah menimbulkan kekhawatiran di populasi. Namun, dalam sebuah laporan yang diterbitkan oleh Badan Lingkungan Amerika Serikat, diputuskan bahwa makanan-makanan ini, hingga saat ini, belum memanifestasikan segala jenis toksisitas atau kerusakan, baik pada manusia maupun pada hewan-hewan superior..

Efek pada serangga

Kristal dari B. thuringiensis mereka larut dalam usus serangga dengan pH tinggi dan protoxins, dan enzim dan protein lainnya dilepaskan. Jadi protoxins diubah menjadi racun aktif yang menempel pada molekul reseptor khusus dari sel-sel usus.

Toksin itu B. thuringiensis menghasilkan di serangga berhenti menelan, kelumpuhan usus, muntah, ketidakseimbangan dalam ekskresi, dekompensasi osmotik, kelumpuhan umum dan akhirnya kematian.

Karena aksi toksin, kerusakan serius yang menghambat fungsinya terjadi di jaringan usus, mempengaruhi asimilasi nutrisi.

Telah dipertimbangkan bahwa kematian serangga dapat disebabkan oleh perkecambahan spora dan perkembangbiakan sel vegetatif dalam hemocoel serangga..

Namun, diperkirakan bahwa kematiannya akan lebih tergantung pada aksi bakteri komensal yang menghuni usus serangga dan setelah aksi toksin. B. thuringiensis akan dapat menyebabkan septikemia.

Toksin itu B. thuringiensis itu tidak mempengaruhi vertebrata, karena pencernaan makanan yang terakhir dilakukan dalam media asam, di mana toksin tidak diaktifkan.

Menyoroti spesifisitas tinggi pada serangga, terutama dikenal untuk lepidoptera. Itu dianggap aman untuk sebagian besar entomofauna dan tidak memiliki tindakan berbahaya pada tanaman, yaitu, itu bukan fitotoksik.

Referensi

  1. Hoffe, H. dan Whiteley, H. (1989, Juni). Protein Kristal Insektisida Bacillus thuringiensis. Tinjauan Mikrobiologis. 53 (2). 242-255.
  2. Martin, P. dan Travers, R. (1989, Oktober). Kelimpahan dan Distribusi Di Seluruh Dunia dari Bacillus thuringiensis Mikrobiologi Terapan dan Lingkungan. 55 (10). 2437-2442.
  3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. dan Yeon, H. (2007). Bacillus thuringiensis sebagai Alat Spesifik, Aman dan Efektif untuk Pengendalian Hama Serangga. Jurnal Mikrobiologi dan Bioteknologi.17 (4). 547-559
  4. Sauka, D. dan Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: generalisasi Pendekatan penggunaannya dalam biokontrol serangga lepidopteran yang merupakan hama pertanian. Jurnal Mikrobiologi Argentina. 40. 124-140
  5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. dan Dean H. (1998, September). Bacillus thuringiensis dan Protein Kristal Pestisida. Ulasan Mikrobiologi dan Biologi Molekuler. 62 (3). 775-806.
  6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. dan Villalobos, S. (2018, Januari). Genus Bacillus sebagai agen kontrol biologis dan implikasinya dalam biosekuriti pertanian. Meksiko jurnal Fitopatologi. Publikasi online.