BACILLUS THURINGIENSIS: ĐẶC ĐIỂM, HÌNH THÁI, VÒNG ĐỜI - SINH HỌC - 2026

Bacillus thuringiensis là một loại vi khuẩn thuộc một nhóm lớn vi khuẩn gram dương, một số gây bệnh và một số khác hoàn toàn vô hại. Nó là một trong những vi khuẩn được nghiên cứu nhiều nhất do tính hữu ích của nó trong nông nghiệp.

Tính hữu ích này nằm ở chỗ, loại vi khuẩn này có đặc điểm đặc biệt là tạo ra các tinh thể trong giai đoạn bào tử của nó có chứa các protein trở nên độc hại đối với một số loài côn trùng tạo thành dịch hại thực sự cho cây trồng.

Tinh thể của độc tố B. thuringiensis. Tác giả Jim Buckman được ghi nhận và người tải lên ban đầu là PRJohnston. (w: vi: Image: Bacillus thuringiensis.JPG), qua Wikimedia Commons

Trong số các đặc điểm nổi bật nhất của Bacillus thuringiensis là tính đặc hiệu cao, tính vô hại đối với con người, thực vật và động vật, cũng như tỷ lệ lưu trú tối thiểu. Những thuộc tính này cho phép nó tự định vị là một trong những lựa chọn tốt nhất để điều trị và kiểm soát sâu bệnh gây hại cho cây trồng.

Việc sử dụng thành công vi khuẩn này đã trở nên rõ ràng vào năm 1938 khi loại thuốc trừ sâu đầu tiên được sản xuất với bào tử của nó xuất hiện. Kể từ đó, lịch sử đã lâu dài và thông qua đó, Bacillus thuringiensis đã được phê chuẩn là một trong những lựa chọn tốt nhất khi nói đến việc kiểm soát dịch hại nông nghiệp.

Phân loại học

Phân loại theo phân loại của Bacillus thuringiensis là:

Miền: Vi khuẩn

Phylum: Firmicutes

Lớp: Bacilli

Đặt hàng: Bacillales

Họ: Bacillaceae

Chi: Bacillus

Loài: Bacillus thuringiensis

Hình thái học

Chúng là vi khuẩn hình que với đầu tròn. Chúng có hình dạng trùng roi pertric, với các trùng roi phân bố trên toàn bộ bề mặt tế bào.

Nó có kích thước dài 3-5 micron x rộng 1-1,2 micron. Trong môi trường nuôi cấy thử nghiệm của họ, người ta quan sát thấy các khuẩn lạc hình tròn, đường kính 3-8 mm, với các cạnh đều đặn và hình dạng "thủy tinh mài".

Khi quan sát dưới kính hiển vi điện tử, các tế bào thuôn dài điển hình được quan sát, liên kết thành chuỗi ngắn.

Loài vi khuẩn này tạo ra bào tử có hình dạng elip đặc trưng và nằm ở phần trung tâm của tế bào, mà không gây ra sự biến dạng của nó.

Đặc điểm chung

Trước hết, Bacillus thuringiensis là một vi khuẩn gram dương, có nghĩa là khi trải qua quá trình nhuộm Gram, nó sẽ có màu tím.

Tương tự như vậy, nó là một loại vi khuẩn được đặc trưng bởi khả năng sống trong các môi trường khác nhau. Có thể phân lập nó trên mọi loại đất. Nó có sự phân bố địa lý rộng rãi, từng được tìm thấy ngay cả ở Nam Cực, một trong những môi trường thù địch nhất trên hành tinh.

Nó có một quá trình trao đổi chất tích cực, có thể lên men carbohydrate như glucose, fructose, ribose, maltose và trehalose. Nó cũng có thể thủy phân tinh bột, gelatin, glycogen và N-acetyl-glucosamine.

Trong cùng một mạch, Bacillus thuringiensis dương tính với catalase, có khả năng phân hủy hydrogen peroxide thành nước và oxy.

Khi nuôi cấy trên môi trường thạch máu, người ta quan sát thấy hiện tượng tan máu beta, tức là vi khuẩn này có khả năng phá hủy hoàn toàn hồng cầu.

Về yêu cầu môi trường của nó để sinh trưởng, nó yêu cầu nhiệt độ dao động từ 10 - 15 ° C đến 40 -45 ° C. Tương tự, độ pH tối ưu của nó là từ 5,7 đến 7.

Bacillus thuringiensis là một loại vi khuẩn hiếu khí nghiêm ngặt. Nó phải ở trong một môi trường có lượng oxy dồi dào.

Đặc điểm khác biệt của Bacillus thuringiensis là trong quá trình bào tử, nó tạo ra các tinh thể được tạo thành từ một loại protein được gọi là độc tố delta. Trong hai nhóm này đã được xác định: Cry và Cyt.

Chất độc này có khả năng gây chết một số loại côn trùng là dịch hại thực sự đối với các loại cây trồng khác nhau.

Vòng đời

B. thuringiensis có chu kỳ sống gồm hai giai đoạn: một trong số chúng được đặc trưng bởi sinh trưởng sinh dưỡng, giai đoạn còn lại là bào tử. Đầu tiên trong số chúng xuất hiện trong điều kiện thuận lợi để phát triển, chẳng hạn như môi trường giàu chất dinh dưỡng, thứ hai trong điều kiện không thuận lợi, thiếu cơ chất thức ăn.

Ấu trùng của côn trùng như bướm, bọ cánh cứng hoặc ruồi, trong số những loài khác, khi ăn lá, trái cây hoặc các bộ phận khác của cây, có thể ăn nội bào tử của vi khuẩn B. thuringiensis.

Trong ống tiêu hoá của côn trùng, do có tính kiềm nên protein kết tinh của vi khuẩn được hoà tan và hoạt hoá. Protein liên kết với một thụ thể trên tế bào ruột của côn trùng, tạo thành lỗ rỗng ảnh hưởng đến cân bằng điện giải, khiến côn trùng chết.

Do đó, vi khuẩn sử dụng các mô của côn trùng chết để kiếm ăn, nhân lên và hình thành các bào tử mới sẽ lây nhiễm sang vật chủ mới.

Độc tố

Các độc tố do B. thuringiensis tạo ra có tác dụng đặc hiệu cao ở động vật không xương sống và vô hại ở động vật có xương sống. Các thể sống ký sinh của B. thuringensis có các protein đa dạng với hoạt tính đa dạng và hiệp đồng.

B. thuringienisis có một số yếu tố độc lực bao gồm, ngoài nội độc tố đồng bằng Cry và Cyt, một số ngoại độc tố alpha và beta, chitinase, enterotoxins, phospholipase và hemolysins, giúp tăng cường hiệu quả của nó như một chất sinh entomopathogen.

Các tinh thể protein độc hại của B. thuringiensis bị phân hủy trong đất do tác động của vi sinh vật và có thể bị biến tính do tác động của bức xạ mặt trời.

Sử dụng trong kiểm soát dịch hại

Tiềm năng gây bệnh côn trùng của Bacillus thuringiensis đã được khai thác rất nhiều trong hơn 50 năm để bảo vệ mùa màng.

Nhờ sự phát triển của công nghệ sinh học và những tiến bộ của nó, người ta đã có thể sử dụng tác dụng độc hại này thông qua hai con đường chính: sản xuất thuốc trừ sâu sử dụng trực tiếp trên cây trồng và tạo ra thực phẩm chuyển gen.

Cơ chế hoạt động của độc tố

Để hiểu tầm quan trọng của vi khuẩn này trong việc kiểm soát dịch hại, điều quan trọng là phải biết cách độc tố tấn công cơ thể của côn trùng.

Cơ chế hoạt động của nó được chia thành bốn giai đoạn:

Quá trình hòa tan và xử lý Cry protoxin : các tinh thể do ấu trùng côn trùng ăn vào sẽ hòa tan trong ruột. Nhờ tác động của các protease, chúng được biến đổi thành các chất độc hoạt động. Những chất độc này vượt qua cái gọi là màng phúc mạc (màng bảo vệ của các tế bào của biểu mô ruột).

Liên kết với các thụ thể : chất độc gắn vào các vị trí cụ thể nằm trong các vi nhung mao của tế bào ruột của côn trùng.

Chèn vào màng và hình thành lỗ : Các protein Cry sẽ chèn vào màng và gây ra sự phá hủy hoàn toàn mô thông qua việc hình thành các kênh ion.

Tiêu tế bào: làm chết các tế bào ruột. Điều này xảy ra thông qua một số cơ chế, cơ chế được biết đến nhiều nhất là sự phân giải tế bào thẩm thấu và sự bất hoạt của hệ thống duy trì sự cân bằng pH.

Bacillus thuringiensis

Khi tác động độc hại của các protein do vi khuẩn tạo ra đã được xác minh, việc sử dụng tiềm năng của chúng trong việc kiểm soát dịch hại trên cây trồng đã được nghiên cứu.

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để xác định đặc tính diệt trừ thuốc trừ sâu của độc tố do các vi khuẩn này tạo ra. Do những kết quả khả quan của những nghiên cứu này, Bacillus thuringiensis đã trở thành loại thuốc trừ sâu sinh học được sử dụng rộng rãi nhất trên toàn thế giới để kiểm soát sâu bệnh gây hại và ảnh hưởng tiêu cực đến các loại cây trồng khác nhau.

Nguồn: Pixabay.com

Thuốc diệt khuẩn sinh học dựa trên Bacillus thuringiensis đã phát triển theo thời gian. Từ những loại đầu tiên chỉ chứa bào tử và tinh thể, đến những loại được gọi là thế hệ thứ ba chứa vi khuẩn tái tổ hợp tạo ra độc tố bt và có những ưu điểm như tiếp cận các mô thực vật.

Điều quan trọng của độc tố do vi khuẩn này tạo ra là nó không chỉ có hiệu quả đối với côn trùng mà còn chống lại các sinh vật khác như tuyến trùng, động vật nguyên sinh và sán lá.

Điều quan trọng là phải làm rõ rằng chất độc này hoàn toàn vô hại đối với các loại sinh vật khác như động vật có xương sống, một nhóm mà con người thuộc về. Điều này là do các điều kiện bên trong của hệ tiêu hóa không lý tưởng cho sự phát triển và hoạt động của nó.

Bacillus thuringiensis

Nhờ những tiến bộ về kỹ thuật, đặc biệt là sự phát triển của công nghệ DNA tái tổ hợp, người ta đã có thể tạo ra những cây trồng có khả năng miễn dịch về mặt di truyền trước tác động của côn trùng tàn phá mùa màng. Những thực vật này được gọi chung là thực phẩm chuyển gen hoặc sinh vật biến đổi gen.

Công nghệ này bao gồm việc xác định trong bộ gen của vi khuẩn trình tự các gen mã hóa sự biểu hiện của các protein độc hại. Các gen này sau đó được chuyển vào bộ gen của cây cần xử lý.

Khi cây sinh trưởng và phát triển, nó bắt đầu tổng hợp độc tố do vi khuẩn Bacillus thuringiensis tạo ra trước đó, sau đó miễn nhiễm với tác động của côn trùng.

Có một số nhà máy đã áp dụng công nghệ này. Trong số này có ngô, bông, khoai tây và đậu nành. Những cây trồng này được gọi là ngô bt, bông bt, v.v.

Tất nhiên, những thực phẩm chuyển gen này đã gây ra một số lo ngại trong dân chúng. Tuy nhiên, trong một báo cáo do Cơ quan Môi trường Hoa Kỳ công bố, người ta xác định rằng những loại thực phẩm này, cho đến nay, không có bất kỳ loại độc tính hoặc thiệt hại nào, cả ở người và động vật bậc cao.

Ảnh hưởng đến côn trùng

Các tinh thể của B. thuringiensis hòa tan trong ruột của côn trùng với độ pH cao và các protoxin, đồng thời giải phóng các enzym và protein khác. Do đó, protoxins trở thành chất độc hoạt động liên kết với các phân tử thụ thể chuyên biệt trên các tế bào của ruột.

Độc tố của B. thuringiensis tạo ra khiến côn trùng ngừng ăn, liệt ruột, nôn mửa, mất cân bằng bài tiết, mất bù thẩm thấu, tê liệt toàn thân và cuối cùng là tử vong.

Do tác động của độc tố, mô ruột xảy ra tổn thương nghiêm trọng, ngăn cản hoạt động của nó, ảnh hưởng đến quá trình đồng hóa chất dinh dưỡng.

Ruột của 'Caenorhabditis elegans' bị nhiễm 'Bacillus thuringiensis'. Nguồn: www.researchgate.net

Người ta cho rằng cái chết của côn trùng có thể do sự nảy mầm của bào tử và sự tăng sinh của các tế bào sinh dưỡng trong hemocele côn trùng.

Tuy nhiên, người ta cho rằng tỷ lệ tử vong sẽ phụ thuộc nhiều hơn vào hoạt động của vi khuẩn commensal sống trong ruột côn trùng và sau khi tác động của độc tố B. thuringiensis, chúng sẽ có khả năng gây nhiễm trùng huyết.

Độc tố của B. thuringiensis không ảnh hưởng đến động vật có xương sống, vì quá trình tiêu hóa thức ăn ở động vật sau này diễn ra trong môi trường axit, nơi độc tố không được kích hoạt.

Tính đặc hiệu cao của nó đối với côn trùng, đặc biệt được biết đến với Lepidoptera. Nó được coi là vô hại đối với hầu hết các loài côn trùng và không có tác dụng gây hại cho thực vật, tức là nó không gây độc cho thực vật.

Người giới thiệu

1. Hoffe, H. và Whiteley, H. (1989, tháng 6). Protein tinh thể diệt côn trùng của Bacillus thuringiensis. Tổng quan về vi sinh. 53 (2). 242-255.
2. Martin, P. và Travers, R. (1989, tháng 10). Sự phong phú và phân bố trên toàn thế giới của Vi sinh vật ứng dụng và môi trường Bacillus thuringiensis. 55 (10). 2437-2442.
3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. và Yeon, H. (2007). Bacillus thuringiensis như một công cụ cụ thể, an toàn và hiệu quả để kiểm soát côn trùng gây hại. Tạp chí Vi sinh vật và Công nghệ Sinh học, 17 (4). 547-559
4. Sauka, D. và Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: tổng quát. Một cách tiếp cận để sử dụng nó trong việc kiểm soát sinh học đối với các loài côn trùng sống trong nông nghiệp. Tạp chí Vi sinh vật học Argentina. 40. 124-140
5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D., và Dean H. (1998, tháng 9). Bacillus thuringiensis và Protein tinh thể thuốc trừ sâu của nó. Nhận xét Vi sinh vật và Sinh học Phân tử. 62 (3). 775-806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. và Villalobos, S. (2018, tháng 1). Chi Bacillus là tác nhân kiểm soát sinh học và tác động của chúng đối với an toàn sinh học nông nghiệp. Tạp chí Phytopathology của Mexico. Xuất bản trực tuyến.