BACILLUS THURINGIENSIS: ÖZELLIKLERI, MORFOLOJISI, YAŞAM DÖNGÜSÜ - BIYOLOJI - 2025

Bacillus thuringiensis , büyük bir gram pozitif bakteri grubuna ait, bazıları patojenik ve diğerleri tamamen zararsız olan bir bakteridir. Tarımdaki yararlılığı nedeniyle en çok araştırılan bakterilerden biridir.

Bu yararlılık, bu bakterinin, ekinler için gerçek zararlıları oluşturan belirli böcekler için toksik olduğu ortaya çıkan proteinler içeren, sporülasyon aşamasında kristal üretme özelliğine sahip olması gerçeğinde yatmaktadır.

B. thuringiensis toksin kristalleri. Jim Buckman tarafından kredilendirildi ve orijinal yükleyici PRJohnston. (w: en: Resim: Bacillus thuringiensis.JPG), Wikimedia Commons aracılığıyla

Bacillus thuringiensis'in en göze çarpan özellikleri arasında yüksek özgüllüğü, insana, bitkilere ve hayvanlara zararsızlığı ve minimum kalıntısı vardır. Bu özellikler, mahsulleri rahatsız eden zararlıların tedavisi ve kontrolü için en iyi seçeneklerden biri olarak kendisini konumlandırmasına izin verdi.

Bu bakterinin başarılı bir şekilde kullanıldığı 1938 yılında sporlarıyla üretilen ilk pestisit ortaya çıktığında ortaya çıktı. O zamandan beri tarih uzun sürdü ve bu sayede Bacillus thuringiensis, tarımsal zararlıları kontrol altına almak söz konusu olduğunda en iyi seçeneklerden biri olarak onaylandı.

Taksonomi

Bacillus thuringiensis'in taksonomik sınıflandırması şöyledir:

Etki Alanı: Bakteriler

Şube: Firmicutes

Sınıf: Bacilli

Sipariş: Bacillales

Aile: Bacillaceae

Cins: Bacillus

Türler: Bacillus thuringiensis

morfoloji

Yuvarlak uçlu çubuk şeklindeki bakterilerdir. Tüm hücre yüzeyine dağılmış flagella ile pertrik bir kamçı paterni sergilerler.

3-5 mikron uzunluğunda ve 1-1.2 mikron genişliğinde boyutlara sahiptir. Deneysel kültürlerinde, 3-8 mm çapında, düzgün kenarlı ve “buzlu cam” görünümlü dairesel koloniler gözlemlenir.

Elektron mikroskobu altında incelendiğinde, kısa zincirler halinde birleşmiş tipik uzun hücreler gözlenir.

Bu bakteri türü, karakteristik bir elipsoidal şekle sahip olan sporlar üretir ve hücrenin orta kısmında deformasyona neden olmadan bulunur.

Genel özellikleri

İlk olarak, Bacillus thuringiensis gram pozitif bir bakteridir, yani Gram boyama işlemine tabi tutulduğunda mor bir renk alır.

Aynı şekilde, çeşitli ortamları kolonize etme yeteneği ile karakterize edilen bir bakteridir. Her türlü toprakta izole etmek mümkün olmuştur. Gezegendeki en düşmanca ortamlardan biri olan Antarktika'da bile bulunmuş olan geniş bir coğrafi dağılımı vardır.

Glikoz, fruktoz, riboz, maltoz ve trehaloz gibi karbonhidratları fermente edebilen aktif bir metabolizmaya sahiptir. Ayrıca nişasta, jelatin, glikojen ve N-asetil-glukozamini hidrolize edebilir.

Aynı şekilde, Bacillus thuringiensis de katalaz pozitiftir, hidrojen peroksidi suya ve oksijene ayrıştırabilir.

Kanlı agar ortamında büyütüldüğünde, bir beta hemoliz paterni gözlenmiştir, bu da bu bakterinin eritrositleri tamamen yok edebildiği anlamına gelir.

Büyüme için çevresel gereksinimleri ile ilgili olarak, 10-15 ° C ila 40-45 ° C sıcaklık aralıkları gerektirir. Benzer şekilde, optimum pH'ı 5,7 ile 7 arasındadır.

Bacillus thuringiensis katı bir aerobik bakteridir. Bol oksijen bulunan bir ortamda olmalıdır.

Bacillus thuringiensis'in ayırt edici özelliği, sporülasyon işlemi sırasında delta toksini olarak bilinen bir proteinden oluşan kristaller üretmesidir. Bu iki grup içinde belirlendi: Cry ve Cyt.

Bu toksin, çeşitli mahsul türleri için gerçek zararlı olan bazı böceklerin ölümüne neden olabilir.

Yaşam döngüsü

B. thuringiensis'in iki aşamalı bir yaşam döngüsü vardır: bunlardan biri vejetatif büyüme, diğeri sporülasyon ile karakterize edilir. Bunlardan ilki, besin açısından zengin ortamlar gibi gelişme için uygun koşullarda, ikincisi ise elverişsiz koşullarda, gıda substratı sıkıntısı ile ortaya çıkar.

Diğerlerinin yanı sıra kelebekler, böcekler veya sinekler gibi böceklerin larvaları yapraklar, meyveler veya bitkinin diğer kısımları ile beslenirken, B. thuringiensis bakterisinin endosporlarını yutabilir.

Böceğin sindirim kanalında alkali özelliği nedeniyle bakterinin kristalize proteini çözülerek aktif hale getirilir. Protein, böceğin bağırsak hücrelerindeki bir reseptöre bağlanarak, elektrolit dengesini etkileyen bir gözenek oluşturarak böceğin ölümüne neden olur.

Böylece bakteri, beslenmesi, çoğalması ve yeni konakçıları enfekte edecek yeni sporların oluşumu için ölü böceğin dokularını kullanır.

Toksin

B. thuringiensis tarafından üretilen toksinler, omurgasızlarda oldukça spesifik bir etkiye sahiptir ve omurgalılarda zararsızdır. B. thuringensis'in parasporal kapanımları, çeşitli ve sinerjik aktiviteye sahip çeşitli proteinlere sahiptir.

B. thuringienisis, Cry ve Cyt delta endotoksinlerine ek olarak, bir entomopatojen olarak etkinliğini artıran belirli alfa ve beta ekzotoksinleri, kitinazları, enterotoksinleri, fosfolipazları ve hemolizinleri içeren birkaç virülans faktörüne sahiptir.

B. thuringiensis'in toksik protein kristalleri, toprakta mikrobiyal hareketle bozulur ve güneş radyasyonu insidansı ile denatüre edilebilir.

Haşere kontrolünde kullanır

Bacillus thuringiensis'in entomopatojenik potansiyeli, mahsullerin korunmasında 50 yılı aşkın süredir yüksek oranda kullanılmaktadır.

Biyoteknolojinin gelişmesi ve içindeki ilerlemeler sayesinde, bu toksik etkiyi iki ana yoldan kullanmak mümkün olmuştur: doğrudan mahsuller üzerinde kullanılan pestisitlerin üretimi ve transgenik gıdaların oluşturulması.

Toksinin etki mekanizması

Bu bakterinin haşere kontrolündeki önemini anlamak için toksinin böceğin vücuduna nasıl saldırdığını bilmek önemlidir.

Etki mekanizması dört aşamaya ayrılmıştır:

Cry protoksin çözünürlüğü ve işlenmesi : böcek larvaları tarafından yutulan kristaller bağırsakta çözünür. Mevcut proteazların etkisiyle aktif toksinlere dönüştürülürler. Bu toksinler sözde peritrofik zarı (bağırsak epitelinin hücrelerinin koruyucu zarı) geçer.

Reseptörlere bağlanma: Toksinler, böceğin bağırsak hücrelerinin mikrovillüsünde bulunan belirli bölgelere bağlanır.

Membran içine girme ve gözenek oluşumu : Cry proteinleri membrana girerek iyon kanallarının oluşumu yoluyla dokunun tamamen tahrip olmasına neden olur.

Sitoliz : bağırsak hücrelerinin ölümü. Bu, en iyi bilinen ozmotik sitoliz ve pH dengesini koruyan sistemin inaktivasyonu olmak üzere çeşitli mekanizmalar yoluyla gerçekleşir.

Bacillus thuringiensis

Bakteriler tarafından üretilen proteinlerin toksik etkisi doğrulandıktan sonra, mahsullerdeki zararlıların kontrolünde potansiyel kullanımları araştırıldı.

Bu bakterilerin ürettiği toksinin pestisidal özelliklerini belirlemek için birçok çalışma yapılmıştır. Bu araştırmaların olumlu sonuçları nedeniyle Bacillus thuringiensis, çeşitli mahsullere zarar veren ve olumsuz etkileyen zararlıları kontrol etmek için dünya çapında en yaygın kullanılan biyolojik böcek ilacı haline gelmiştir.

Kaynak: Pixabay.com

Bacillus thuringiensis bazlı biyoinsektisitler zaman içinde gelişmiştir. Sadece sporlar ve kristaller içeren ilklerden, bt toksini oluşturan rekombinant bakteri içeren ve bitki dokularına ulaşma gibi avantajları olan üçüncü nesil olarak bilinenlere.

Bu bakteri tarafından üretilen toksinin önemi, sadece böceklere karşı değil, aynı zamanda nematod, protozoa ve trematod gibi diğer organizmalara karşı da etkili olmasıdır.

Bu toksinin, insanların ait olduğu bir grup olan omurgalılar gibi diğer canlı türlerinde tamamen zararsız olduğunu açıklığa kavuşturmak önemlidir. Bunun nedeni, sindirim sisteminin iç koşullarının çoğalması ve etkisi için ideal olmamasıdır.

Bacillus thuringiensis

Teknolojik gelişmeler, özellikle rekombinant DNA teknolojisinin gelişimi sayesinde, mahsulleri tahrip eden böceklerin etkisine genetik olarak bağışık bitkiler yaratmak mümkün olmuştur. Bu bitkiler jenerik olarak transgenik besinler veya genetiği değiştirilmiş organizmalar olarak bilinir.

Bu teknoloji, bakterinin genomu içinde toksik proteinlerin ekspresyonunu kodlayan gen dizisini tanımlamayı içerir. Bu genler daha sonra tedavi edilecek bitkinin genomuna aktarılır.

Bitki büyüyüp geliştiğinde, daha önce Bacillus thuringiensis tarafından üretilen toksini sentezlemeye başlar ve daha sonra böceklerin etkisine karşı bağışıklık kazanır.

Bu teknolojinin uygulandığı birkaç tesis var. Bunlar arasında mısır, pamuk, patates ve soya fasulyesi bulunmaktadır. Bu ürünler bt mısır, bt pamuk vb. Olarak bilinir.

Tabii ki, bu transgenik besinler popülasyonda bazı endişeler yarattı. Bununla birlikte, Amerika Birleşik Devletleri Çevre Ajansı tarafından yayınlanan bir raporda, bu gıdaların bugüne kadar ne insanlarda ne de daha yüksek hayvanlarda herhangi bir toksisite veya hasar göstermediği belirlendi.

Böcek üzerindeki etkiler

B. thuringiensis kristalleri böceğin bağırsağında yüksek pH ile çözünür ve protoksinler, diğer enzimler ve proteinler salınır. Böylece protoksinler, bağırsak hücreleri üzerindeki özelleşmiş reseptör moleküllerine bağlanan aktif toksinler haline gelir.

B. thuringiensis'in toksini, böcek yemenin kesilmesi, bağırsakta felç, kusma, dışkıda dengesizlikler, ozmotik dekompansasyon, genel felç ve sonunda ölüme neden olur.

Toksinin etkisine bağlı olarak, bağırsak dokusunda işleyişini engelleyen ve besinlerin asimilasyonunu etkileyen ciddi hasarlar oluşur.

'Bacillus thuringiensis' ile enfekte 'Caenorhabditis elegans' bağırsağı. Kaynak: www.researchgate.net

Böceğin ölümünün, sporların filizlenmesinden ve böcek hemoselindeki bitkisel hücrelerin çoğalmasından kaynaklanabileceği düşünülmüştür.

Bununla birlikte, ölüm oranının daha çok böceğin bağırsağında yaşayan komensal bakterilerin etkisine bağlı olacağı ve B. thuringiensis toksininin etkisinden sonra septisemiye neden olabilecekleri düşünülmektedir.

B. thuringiensis toksini omurgalıları etkilemez çünkü ikincideki yiyeceklerin sindirimi, toksinin aktive olmadığı asidik ortamda gerçekleşir.

Özellikle Lepidoptera için bilinen böceklerdeki yüksek özgüllüğü ön plana çıkmaktadır. Çoğu entomofauna için zararsız kabul edilir ve bitkiler üzerinde hiçbir zararlı etkisi yoktur, yani fitotoksik değildir.

Referanslar

1. Hoffe, H. ve Whiteley, H. (1989, Haziran). Bacillus thuringiensis'in İnsektisidal Kristal Proteinleri. Mikrobiyolojik İnceleme. 53 (2). 242-255.
2. Martin, P. ve Travers, R. (1989, Ekim). Bacillus thuringiensis Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyolojinin Dünya Çapında Bolluğu ve Dağıtımı. 55 (10). 2437-2442.
3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. ve Yeon, H. (2007) Böcek Zararlı Kontrolü için Spesifik, Güvenli ve Etkili Bir Araç Olarak Bacillus thuringiensis. Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji Dergisi.17 (4). 547-559
4. Sauka, D. ve Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: genellikler. Tarımsal zararlılar olan lepidopteran böceklerin biyo kontrolünde kullanımına bir yaklaşım. Arjantin Mikrobiyoloji Dergisi. 40. 124-140
5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. ve Dean H. (1998, Eylül). Bacillus thuringiensis ve Pestisidal Kristal Proteini. Mikrobiyoloji ve Moleküler Biyoloji İncelemeleri. 62 (3). 775-806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. ve Villalobos, S. (2018, Ocak). Biyolojik kontrol ajanları olarak Bacillus cinsi ve tarımsal biyogüvenlik için etkileri Meksika Fitopatoloji Dergisi. Çevrimiçi yayın.