Definizione
Bacillus subtilis, bacillo del fieno o bacillo dell’erba fu uno dei primi batteri Gram-positivi ad essere studiato. Si tratta di un microrganismo aerobico a forma di spora che può diffondersi in ambienti estremamente freddi, caldi e persino disinfettati. Si trasferisce nei tratti gastrointestinali degli animali e degli esseri umani attraverso il suolo. Esistono più di 200 specie di Bacillus; la maggior parte non causa malattie. Forme non patogene sono spesso usate nel settore delle biotecnologie, compreso il Bacillus subtilis.
Bacillus Subtilis Morfologia
Bacillus subtilis morfologia descrive a forma di bastone, batteri Gram-positivi che si manifestano con tecniche di colorazione di Gram sia positive che negative. Un bastoncino batterico è un cilindro simmetrico con estremità arrotondate. Una differenza significativa di pressione attraverso la membrana citoplasmatica spinge la parete cellulare in una forma specifica.
I batteri Bacillus subtilis hanno pareti cellulari rigide composte da uno spesso peptidoglicano (molecola di zucchero e aminoacidi) chiamato mureina. Questa rigidità aiuta a mantenere la forma a bastoncello della cellula e può sopportare un’elevata pressione intracellulare. L’immagine qui sotto mostra come i batteri Gram-positivi abbiano uno strato di peptidoglicano molto più spesso (in viola).
B. subtilis contiene solo una molecola di DNA a doppio filamento contenuta in un cromosoma circolare. Un cromosoma circolare è tipico dei batteri, dei mitocondri e dei cloroplasti delle piante. Le proteine che formano i filamenti, scoperte di recente, corrono lungo l’asse più lungo delle cellule a forma di asta e spingono il DNA originale e replicato a ciascuna estremità durante la divisione cellulare. La forma a bastoncello aiuta anche i batteri a scivolare o a muoversi in ambienti acquosi e fornisce forme regolari di blocchi di costruzione che rendono più facile la formazione di biofilm.
I gruppi di batteri possono essere categorizzati secondo accordi specifici. Una disposizione è un termine microbiologico che si riferisce alle comunità batteriche specie-specifiche. Una disposizione potrebbe essere due (diplo) batteri, catene (strepto), o palizzate (raggruppamenti laterali), per esempio. B. subtilis è più comunemente singolare nella disposizione.
La macchia di Gram, dal nome del suo sviluppatore Hans Christian Gram, è un metodo di identificazione morfologica. Nei ceppi di batteri Gram-positivi il peptidoglicano della parete cellulare diventa blu violaceo quando viene colorato dal violetto di cristallo. Questa reazione si verifica anche nei batteri Gram-negativi; tuttavia, i livelli significativamente più bassi di peptidoglicano significano che i campioni di cellule non rimangono viola quando viene aggiunta una contro-colorazione rosa (safranina).
I bacilli Gram-positivi sono specie a forma di bastone, che producono spore e possono sopravvivere in ambienti estremamente difficili per lunghi periodi. Questo perché quando sono sotto stress, questi batteri (incluso B. subtilis) si trasformano in spore e diventano dormienti. Una colonia di Bacillus subtilis è sopravvissuta all’esterno di un satellite della NASA per sei anni.
La morfologia della colonia di B. subtilis si riferisce a come appare in grandi quantità. Come gruppo, questo batterio si osserva come rami frastagliati di lanugine bianca opaca o giallo pallido.
Usi del Bacillus Subtilis
Gli usi del B. subtilis comprendono la ricerca e l’inclusione parzialmente provata negli integratori alimentari. I laboratori usano il B. subtilis per studiare e trovare nuovi trattamenti per le infezioni. Il batterio è anche usato nell’industria sanitaria e della ristorazione, specialmente quando si testa la pulizia di certe superfici di lavoro e materiali. Puoi vedere il Bacillus subtilis elencato sull’etichetta di molti probiotici, anche.
Tuttavia, il più interessante dei potenziali usi di questo batterio è come alternativa ai farmaci antimicrobici. Con la resistenza agli antibiotici in aumento, nuove terapie per le infezioni batteriche stanno ricevendo molta attenzione. La capacità del B. subtilis di produrre batteriocine – peptidi che possiedono attività antimicrobica – lo rendono un potenziale trattamento contro le infezioni batteriche.
Le batteriocine possono sopportare ampie fluttuazioni di temperatura e rallentare la crescita o addirittura distruggere colonie di altri tipi di batteri. Questo testo ci dice che fino al 5% del genoma di B. subtilis è dedicato alla produzione di composti antimicrobici (AMC). Questo dà ai ricercatori un sacco di materiale con cui lavorare nella corsa alla produzione di un batteriocida a cui i batteri patogeni non diventano resistenti.
Le batteriocine di B. subtilis includono il peptide antibiotico contenente lantionina (peptide lantibiotico) chiamato subtilina e un antibiotico chiamato subtilosina. La subtilosina ha una comprovata attività antimicrobica contro i batteri Gram-negativi e Gram-positivi e i microrganismi anaerobi e aerobi. È particolarmente efficace contro Enterococcus faecalis, Enterobacter aerogenes, Streptococcus pyogenes e Shigella sonnei. La subtilina tende a lavorare più efficacemente contro i batteri Gram-negativi e i funghi. Entrambi richiedono la presenza di un cofattore di zinco per essere efficaci.
Le batteriocine del Bacillus subtilis possono colpire una gamma molto più ampia di batteri potenzialmente patogeni rispetto alle batteriocine di altri, batteri più comunemente usati come il Lactobacillus. Gli scienziati hanno usato con successo le batteriocine del Bacillus subtilis per trattare le ulcere del piede diabetico. Mentre la ricerca attuale sui farmaci batteriocinici per via endovenosa, intranasale, intraperitoneale e sottocutanea è ancora in fase di sperimentazione, questi agenti antibatterici intracellulari sono già arrivati sugli scaffali dei supermercati come bevande o pillole probiotiche contenenti B. subtilis.
Gli integratori alimentari probiotici sono economici da produrre e non richiedono refrigerazione quando sono confezionati sotto forma di spore. Una volta nell’intestino, queste spore diventano attive e colonizzano. Poiché i biofilm di Bacillus subtilis nell’intestino dei vermi sembrano allungare la vita del verme, molti utenti umani sperano nello stesso effetto.
Un altro uso di B. subtilis è nel trattamento delle acque reflue. Le acque reflue devono avere il loro pH normalizzato, avere una minore domanda chimica di ossigeno (COD) e concentrazioni di solidi sospesi totali (TSS), ed essere prive di cloruro in eccesso. In laboratorio, gli enzimi B. subtilis presenti in natura sono stati in grado di normalizzare il pH, ridurre il COD di oltre l’87%, abbassare il TSS di oltre il 90% e rimuovere quasi il 50% del cloruro. Questi risultati hanno contribuito a nuove tecniche di biodegradazione per il trattamento delle acque reflue, aiutando a sviluppare un processo noto come bioaugmentation.
Bacillus subtilis può anche degradare il polietilene (polimeri plastici). B. subtilis e alcuni altri tipi di batteri sono in grado di utilizzare il polietilene come unica fonte di carbonio (energia). Mentre questi batteri estraggono carbonio e producono calore, i polimeri di plastica si degradano lentamente.
Senza il supporto di sostanze chimiche sintetiche, B. subtilis non è il ceppo più veloce – riduce la plastica in peso secco di circa l’1,75% in un periodo di 30 giorni. Tuttavia, quando accoppiato con un altro batterio chiamato Pseudomonas aeruginosa entrambi i tipi di batteri si comportano in modo più efficiente.
Il futuro potrebbe fornire una soluzione per la microplastica sotto forma di specifiche combinazioni batteriche dove, nello stesso modo in cui combiniamo farmaci citotossici per combattere specifiche forme di cancro, combinazioni di plastica-digestione possono essere utilizzate per degradare diversi tipi di polietilene.
Bibliografia
- Curtis, A. (2018). Bacillus Subtilis: Morfologia, funzioni e ruolo nella gestione delle malattie. New York, Nova Science Publishers.
- Dubnau DA. (Ed.) (2012). La biologia molecolare dei bacilli. Volume I: Bacillus subtilis. New York, Academic Press.
- Gerardi, M. (2016). Bioaugmentation delle acque reflue e biostimolazione. Lancaster (PA), DEStech Publications.