BACILLUS THURINGIENSIS: الخصائص ، التشكل ، دورة الحياة - مادة الاحياء - 2025

Bacillus thuringiensis هي بكتيريا تنتمي إلى مجموعة كبيرة من البكتيريا موجبة الجرام ، بعضها مُمْرِض والبعض الآخر غير ضار تمامًا. إنها واحدة من أكثر أنواع البكتيريا التي تمت دراستها نظرًا لفائدتها في الزراعة.

تكمن هذه الفائدة في حقيقة أن هذه البكتيريا لها خصوصية إنتاج البلورات أثناء مرحلة تكوين الأبواغ التي تحتوي على بروتينات تبين أنها سامة لبعض الحشرات التي تشكل آفات حقيقية للمحاصيل.

بلورات من ذيفان باسيلس ثورينجينسيس. بواسطة Jim Buckman ، والقائم بالتحميل الأصلي هو PRJohnston. (w: en: Image: Bacillus thuringiensis.JPG) ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

من بين أبرز خصائص Bacillus thuringiensis هي خصوصيتها العالية ، وعدم إضرارها بالإنسان والنباتات والحيوانات ، فضلاً عن الحد الأدنى من بقاياها. سمحت له هذه السمات بوضع نفسه كأحد أفضل الخيارات لعلاج ومكافحة الآفات التي ابتليت بالمحاصيل.

أصبح الاستخدام الناجح لهذه البكتيريا واضحًا في عام 1938 عندما ظهر أول مبيد حشري مصنوع بأبواغه. منذ ذلك الحين ، كان التاريخ طويلاً ومن خلاله تم التصديق على Bacillus thuringiensis كأحد أفضل الخيارات عندما يتعلق الأمر بمكافحة الآفات الزراعية.

التصنيف

التصنيف التصنيفي لـ Bacillus thuringiensis هو:

المجال: البكتيريا

حق اللجوء : ثابت

الفئة: عصيات

الترتيب: عصيات

العائلة: العصوية

الجنس: Bacillus

الأنواع: Bacillus thuringiensis

علم التشكل المورفولوجيا

هم بكتيريا على شكل قضيب مع نهايات مستديرة. يقدمون نمط جلد متشابك ، مع توزيع سوط على سطح الخلية بأكمله.

يبلغ طولها 3-5 ميكرون وعرضها 1-1.2 ميكرون. في ثقافتهم التجريبية ، لوحظت مستعمرات دائرية ، بقطر 3-8 مم ، مع حواف منتظمة ومظهر "الزجاج المطحون".

عندما لوحظ تحت المجهر الإلكتروني ، لوحظت الخلايا الممدودة النموذجية ، متحدة في سلاسل قصيرة.

ينتج هذا النوع من البكتيريا جراثيم لها شكل بيضاوي مميز وتقع في الجزء المركزي من الخلية ، دون أن تسبب تشوهها.

الخصائص العامة

في المقام الأول ، Bacillus thuringiensis هي بكتيريا موجبة الجرام ، مما يعني أنه عند تعرضها لعملية تلطيخ الجرام فإنها تكتسب لونًا بنفسجيًا.

وبالمثل ، فهي بكتيريا تتميز بقدرتها على استعمار بيئات مختلفة. وقد أمكن عزله عن كافة أنواع الترب. لها توزيع جغرافي واسع ، حيث تم العثور عليها حتى في أنتاركتيكا ، واحدة من أكثر البيئات عدائية على هذا الكوكب.

لديه عملية التمثيل الغذائي النشطة ، والقدرة على تخمير الكربوهيدرات مثل الجلوكوز والفركتوز والريبوز والمالتوز والتريهالوز. يمكنه أيضًا تحلل النشا والجيلاتين والجليكوجين و N-acetyl-glucosamine.

على نفس المنوال ، تعتبر Bacillus thuringiensis إيجابية الكاتلاز ، حيث إنها قادرة على تحلل بيروكسيد الهيدروجين إلى ماء وأكسجين.

عندما يتم استزراعها في وسط أجار الدم ، لوحظ نمط من انحلال الدم بيتا ، مما يعني أن هذه البكتيريا قادرة على تدمير كريات الدم الحمراء تمامًا.

فيما يتعلق بمتطلباتها البيئية للنمو ، فإنها تتطلب درجات حرارة تتراوح من 10-15 درجة مئوية إلى 40-45 درجة مئوية. وبالمثل ، يتراوح الرقم الهيدروجيني الأمثل له بين 5.7 و 7.

Bacillus thuringiensis هي بكتيريا هوائية صارمة. يجب أن يكون في بيئة تتوفر فيها كمية كافية من الأكسجين.

السمة المميزة لـ Bacillus thuringiensis هي أنه أثناء عملية التبويض ، تولد بلورات مكونة من بروتين يعرف باسم ذيفان دلتا. ضمن هاتين المجموعتين تم تحديدهما: Cry و Cyt.

هذا السم قادر على التسبب في موت بعض الحشرات التي تعتبر آفات حقيقية لأنواع مختلفة من المحاصيل.

دورة الحياة

لدورة باسيلس ثورينجينسيس دورة حياة من مرحلتين: إحداهما تتميز بالنمو الخضري والأخرى بالتكاثر. يحدث الأول في ظروف مواتية للتنمية ، مثل البيئات الغنية بالمغذيات ، والثاني في ظروف غير مواتية ، مع نقص في الركيزة الغذائية.

يرقات الحشرات مثل الفراشات أو الخنافس أو الذباب ، من بين أمور أخرى ، عندما تتغذى على الأوراق أو الفاكهة أو أجزاء أخرى من النبات ، يمكن أن تبتلع الأبواغ الداخلية لبكتيريا B. thuringiensis.

في الجهاز الهضمي للحشرة ، بسبب خصائصه القلوية ، يتم إذابة البروتين المتبلور للبكتيريا وتنشيطه. يرتبط البروتين بمستقبل على الخلايا المعوية للحشرة ، مكونًا مسامًا يؤثر على توازن الكهارل ، مما يتسبب في موت الحشرة.

وهكذا ، تستخدم البكتيريا أنسجة الحشرة الميتة لتغذيتها وتكاثرها وتكوين أبواغ جديدة تصيب عوائل جديدة.

توكسين

السموم التي تنتجها بكتيريا باسيلس ثورينجينسيس لها تأثير محدد للغاية في اللافقاريات وهي غير ضارة في الفقاريات. الشوائب المجاورة للبدنية لـ B. thuringensis تمتلك بروتينات متنوعة ذات نشاط متنوع ومتآزر.

B. thuringienisis لها عوامل ضراوة مختلفة تشمل ، بالإضافة إلى السموم الداخلية للدلتا Cry and Cyt ، بعض السموم الخارجية ألفا وبيتا ، الكيتينازات ، السموم المعوية ، الفوسفوليبازات والهيموليزين ، والتي تعزز كفاءتها كممرض للحشرات.

تتحلل بلورات البروتين السامة من بكتيريا باسيلس ثورينجينسيس في التربة بفعل الميكروبات ويمكن أن تتشوه بسبب حدوث الإشعاع الشمسي.

يستخدم في مكافحة الآفات

تم استغلال الإمكانات الممرضة للحشرات من Bacillus thuringiensis بشكل كبير لأكثر من 50 عامًا في حماية المحاصيل.

بفضل تطور التكنولوجيا الحيوية والتقدم فيها ، أصبح من الممكن استخدام هذا التأثير السام من خلال طريقين رئيسيين: إنتاج المبيدات الحشرية التي تُستخدم مباشرة على المحاصيل وإنتاج الأغذية المعدلة وراثيًا.

آلية عمل السم

لفهم أهمية هذه البكتيريا في مكافحة الآفات ، من المهم معرفة كيف تهاجم السموم جسم الحشرة.

تنقسم آلية عملها إلى أربع مراحل:

صرخة تذويب البروتوكسين ومعالجته: البلورات التي تبتلعها يرقات الحشرات تذوب في الأمعاء. من خلال عمل البروتياز الموجود ، يتم تحويلها إلى سموم نشطة. تعبر هذه السموم ما يسمى بالغشاء الصماقي (الغشاء الواقي لخلايا الظهارة المعوية).

الارتباط بالمستقبلات: ترتبط السموم بمواقع محددة تقع في الميكروفيلي للخلايا المعوية للحشرة.

الإدخال في الغشاء وتشكيل المسام: تدخل بروتينات البكاء في الغشاء وتسبب تدميرًا كاملاً للأنسجة من خلال تكوين القنوات الأيونية.

التحلل الخلوي: موت الخلايا المعوية. يحدث هذا من خلال عدة آليات ، أشهرها التحلل الخلوي التناضحي وتعطيل النظام الذي يحافظ على توازن الأس الهيدروجيني.

Bacillus thuringiensis

بمجرد التحقق من التأثير السام للبروتينات التي تنتجها البكتيريا ، تمت دراسة إمكانية استخدامها في مكافحة الآفات في المحاصيل.

تم إجراء العديد من الدراسات لتحديد خصائص مبيدات الآفات للسم الذي تنتجه هذه البكتيريا. بسبب النتائج الإيجابية لهذه التحقيقات ، أصبح Bacillus thuringiensis أكثر المبيدات الحشرية البيولوجية استخدامًا في جميع أنحاء العالم لمكافحة الآفات التي تضر وتؤثر سلبًا على المحاصيل المختلفة.

المصدر: Pixabay.com

تطورت المبيدات الحشرية الحيوية القائمة على Bacillus thuringiensis بمرور الوقت. من الأولى التي تحتوي فقط على الأبواغ والبلورات ، إلى تلك المعروفة باسم الجيل الثالث التي تحتوي على بكتيريا مؤتلفة تولد سموم bt والتي لها مزايا مثل الوصول إلى أنسجة النبات.

تكمن أهمية السم الذي تنتجه هذه البكتيريا في أنها ليست فعالة فقط ضد الحشرات ، ولكن أيضًا ضد الكائنات الحية الأخرى مثل الديدان الخيطية والبروتوزوا والتريماتودا.

من المهم توضيح أن هذا السم غير ضار تمامًا في الأنواع الأخرى من الكائنات الحية مثل الفقاريات ، وهي مجموعة ينتمي إليها البشر. وذلك لأن الظروف الداخلية للجهاز الهضمي ليست مثالية لتكاثره وتأثيره.

Bacillus thuringiensis

بفضل التقدم التكنولوجي ، وخاصة تطوير تقنية الحمض النووي المؤتلف ، أصبح من الممكن إنشاء نباتات محصنة وراثيًا ضد تأثير الحشرات التي تعيث فسادًا بالمحاصيل. تُعرف هذه النباتات عمومًا بالأطعمة المعدلة وراثيًا أو الكائنات المعدلة وراثيًا.

تتكون هذه التقنية من تحديد تسلسل الجينات داخل جينوم البكتيريا الذي يشفر التعبير عن البروتينات السامة. يتم نقل هذه الجينات لاحقًا إلى جينوم النبات لتتم معالجته.

عندما ينمو النبات ويتطور ، يبدأ في تخليق السم الذي كان ينتج سابقًا عن طريق Bacillus thuringiensis ، وبذلك يصبح محصنًا ضد عمل الحشرات.

هناك العديد من المصانع التي تم فيها تطبيق هذه التكنولوجيا. من بينها الذرة والقطن والبطاطس وفول الصويا. تُعرف هذه المحاصيل باسم bt corn و bt cotton ، إلخ.

بالطبع ، أثارت هذه الأطعمة المعدلة وراثيًا بعض القلق لدى السكان. ومع ذلك ، في تقرير نشرته وكالة البيئة الأمريكية ، تقرر أن هذه الأطعمة ، حتى الآن ، لم تظهر أي نوع من السمية أو الضرر ، لا في البشر ولا في الحيوانات العليا.

التأثيرات على الحشرة

تذوب بلورات بكتيريا B. thuringiensis في أمعاء الحشرة مع ارتفاع درجة الحموضة والبروتوكسينات ، ويتم إطلاق الإنزيمات والبروتينات الأخرى. وهكذا تصبح البروتكسينات سمومًا نشطة ترتبط بجزيئات مستقبلات متخصصة في خلايا الأمعاء.

ينتج ذيفان B. thuringiensis في توقف الحشرة عن الابتلاع ، وشلل الأمعاء ، والقيء ، واختلال التوازن في الإخراج ، وإزالة المعاوضة التناضحية ، والشلل العام ، والموت في النهاية.

بسبب عمل السم ، يحدث تلف خطير في أنسجة الأمعاء التي تمنع عملها ، مما يؤثر على امتصاص العناصر الغذائية.

أمعاء "Caenorhabditis elegans" مصابة بـ "Bacillus thuringiensis". المصدر: www.researchgate.net

اعتبر أن موت الحشرة يمكن أن يكون بسبب إنبات الجراثيم وتكاثر الخلايا الخضرية في القيلة الدموية للحشرة.

ومع ذلك ، يُعتقد أن النفوق سيعتمد بشكل أكبر على عمل البكتيريا المتعايشة التي تعيش في أمعاء الحشرة ، وأنه بعد عمل سم باسيلس ثورينجينسيس ستكون قادرة على التسبب في تسمم الدم.

لا يؤثر سم بكتريا ثورينجينسيس على الفقاريات ، لأن هضم الطعام في الأخيرة يحدث في وسط حمضي ، حيث لا يتم تنشيط السم.

تبرز خصوصيته العالية في الحشرات ، ولا سيما المعروف باسم Lepidoptera. يعتبر غير ضار لمعظم الحيوانات الحشرية وليس له تأثير ضار على النباتات ، أي أنه ليس سامًا للنباتات.

المراجع

1. هوف ، هـ و وايتلي ، هـ. (1989 ، يونيو). بروتينات الكريستال المبيدات الحشرية من Bacillus thuringiensis. مراجعة ميكروبيولوجية. 53 (2). 242-255.
2. مارتن ، ب. وترافرز ، ر. (1989 ، أكتوبر). وفرة وتوزيع بكتيريا Bacillus thuringiensis التطبيقية والبيئية. 55 (10). 2437-2442.
3. Roh، J.، Jae، Y.، Ming، S.، Byung، R. and Yeon، H. (2007). Bacillus thuringiensis كأداة محددة وآمنة وفعالة لمكافحة الآفات الحشرية. مجلة علم الأحياء الدقيقة والتكنولوجيا الحيوية.17 (4). 547-559
4. Sauka، D. and Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: العموميات. نهج لاستخدامه في المكافحة البيولوجية للحشرات قشريات الأجنحة التي تعتبر آفات زراعية. المجلة الأرجنتينية لعلم الأحياء الدقيقة. 40. 124-140
5. Schnepf، E.، Crickmore، N.، Van Rie، J.، Lereclus، D.، Baum، J.، Feitelson، J.، Zeigler، D.، and Dean H. (1998، September). Bacillus thuringiensis وبروتينه البلوري المبيد. مراجعات علم الأحياء الدقيقة والبيولوجيا الجزيئية. 62 (3). 775-806.
6. Villa، E.، Parrá، F.، Cira، L. and Villalobos، S. (2018، January). جنس Bacillus كعوامل للمكافحة البيولوجية وانعكاساتها على الأمن الحيوي الزراعي. المجلة المكسيكية لعلم الأمراض النباتية. النشر على الإنترنت.