Bacillus thuringiensis 는 큰 그룹의 그람 양성균에 속하는 세균으로 일부는 병원성이며 다른 일부는 완전히 무해합니다. 농업에서의 유용성으로 인해 가장 많이 연구 된 박테리아 중 하나입니다.
이러한 유용성은이 박테리아가 작물의 진정한 해충을 구성하는 특정 곤충에 독성이있는 것으로 판명 된 단백질을 포함하는 포자 형성 단계에서 결정을 생성하는 특성을 가지고 있다는 사실에 있습니다.
B. thuringiensis 독소의 결정. Jim Buckman이 크레딧을 받고 원래 업 로더는 PRJohnston입니다. (w : ko : 이미지 : Bacillus thuringiensis.JPG), Wikimedia Commons를 통해
Bacillus thuringiensis의 가장 뛰어난 특징 중 하나는 높은 특이성, 인간, 식물 및 동물에 대한 무해 성 및 최소한의 잔류성입니다. 이러한 특성 덕분에 농작물을 괴롭히는 해충을 치료하고 방제 할 수있는 최상의 옵션 중 하나로 자리 매김 할 수있었습니다.
이 박테리아의 성공적인 사용은 1938 년 포자로 제조 된 최초의 살충제가 등장했을 때 분명해졌습니다. 그 이후로 역사는 길었고 그 과정에서 Bacillus thuringiensis는 농업 해충 방제에 관한 한 최고의 옵션 중 하나로 비준되었습니다.
분류
Bacillus thuringiensis의 분류 학적 분류는 다음과 같습니다.
도메인 : 박테리아
문 : Firmicutes
클래스 : Bacilli
주문 : Bacillales
가족 : Bacillaceae
속 : Bacillus
종 : Bacillus thuringiensis
형태
그들은 끝이 둥근 막대 모양의 박테리아입니다. 그들은 전체 세포 표면에 분포 된 편모와 함께 pertric 편모 패턴을 제시합니다.
길이는 3-5 미크론이고 너비는 1-1.2 미크론입니다. 그들의 실험적 배양에서, 직경 3-8 mm의 원형 집락이 관찰되며 규칙적인 모서리와 "분쇄 된 유리"모양이있다.
전자 현미경으로 관찰하면 짧은 사슬로 결합 된 전형적인 길쭉한 세포가 관찰됩니다.
이 박테리아 종은 특징적인 타원 모양의 포자를 생성하고 변형을 일으키지 않고 세포의 중앙 부분에 위치합니다.
일반적 특성
우선 Bacillus thuringiensis는 그람 양성균으로 그람 염색 과정을 거치면 보라색을 얻습니다.
마찬가지로 다양한 환경에 서식하는 능력이 특징 인 박테리아입니다. 모든 종류의 토양에서 분리하는 것이 가능했습니다. 그것은 지구상에서 가장 적대적인 환경 중 하나 인 남극 대륙에서도 발견 된 광범위한 지리적 분포를 가지고 있습니다.
그것은 활성 대사를 가지고 있으며 포도당, 과당, 리보오스, 말토오스 및 트레할로스와 같은 탄수화물을 발효시킬 수 있습니다. 또한 전분, 젤라틴, 글리코겐 및 N- 아세틸-글루코사민을 가수 분해 할 수 있습니다.
같은 맥락에서 Bacillus thuringiensis는 카탈라아제 양성으로 과산화수소를 물과 산소로 분해 할 수 있습니다.
혈액 한천 배지에서 성장했을 때 베타 용혈 패턴이 관찰되었으며, 이는이 박테리아가 적혈구를 완전히 파괴 할 수 있음을 의미합니다.
성장에 대한 환경 요구 사항과 관련하여 10-15 ° C에서 40-45 ° C의 온도 범위가 필요합니다. 마찬가지로 최적의 pH는 5.7에서 7 사이입니다.
Bacillus thuringiensis는 엄격한 호기성 박테리아입니다. 산소가 충분한 환경에 있어야합니다.
Bacillus thuringiensis의 독특한 특징은 포자 형성 과정에서 델타 독소로 알려진 단백질로 구성된 결정을 생성한다는 것입니다. 이 두 그룹 내에서 Cry와 Cyt가 확인되었습니다.
이 독소는 다양한 종류의 작물에 대한 진정한 해충 인 특정 곤충의 죽음을 초래할 수 있습니다.
라이프 사이클
B. thuringiensis는 두 단계의 수명주기를 가지고 있습니다. 하나는 식물 성장을 특징으로하고 다른 하나는 포자 형성을 특징으로합니다. 첫 번째는 영양이 풍부한 환경과 같은 개발에 유리한 조건에서 발생하고 두 번째는 식품 기질이 부족한 불리한 조건에서 발생합니다.
나비, 딱정벌레 또는 파리와 같은 곤충의 유충은 잎, 과일 또는 식물의 다른 부분을 먹을 때 B. thuringiensis 박테리아의 내생 포자를 섭취 할 수 있습니다.
곤충의 소화관에서는 알칼리 특성으로 인해 박테리아의 결정화 된 단백질이 용해되고 활성화됩니다. 단백질은 곤충의 장 세포에있는 수용체에 결합하여 전해질 균형에 영향을 미치는 기공을 형성하여 곤충의 죽음을 초래합니다.
따라서 박테리아는 새로운 숙주를 감염시킬 새로운 포자의 먹이, 증식 및 형성을 위해 죽은 곤충의 조직을 사용합니다.
독소
B. thuringiensis에 의해 생성 된 독소는 무척추 동물에서 매우 특이한 작용을하며 척추 동물에서는 무해합니다. B. thuringensis의 Parasporal Inclusion은 다양하고 시너지 효과가있는 다양한 단백질을 가지고있다.
B. thuringienisis는 델타 내 독소 Cry 및 Cyt 외에도 특정 알파 및 베타 외독소, 키티 나제, 장 독소, 포스 포 리파제 및 헤 몰리 신을 포함하는 여러 독성 인자를 가지고 있으며, 이는 곤충 병원체로서의 효율성을 향상시킵니다.
B. thuringiensis의 독성 단백질 결정은 미생물 작용에 의해 토양에서 분해되며 태양 복사의 발생에 의해 변성 될 수 있습니다.
해충 방제에 사용
Bacillus thuringiensis의 곤충 병원성 잠재력은 작물 보호에있어 50 년 넘게 높은 평가를 받아 왔습니다.
생명 공학의 발전과 발전 덕분에이 독성 효과를 두 가지 주요 경로를 통해 사용할 수있게되었습니다. 작물에 직접 사용되는 살충제 생산과 유전자 변형 식품 생성입니다.
독소의 작용 메커니즘
해충 방제에서이 박테리아의 중요성을 이해하려면 독소가 곤충의 몸을 어떻게 공격하는지 아는 것이 중요합니다.
행동 메커니즘은 네 단계로 나뉩니다.
Cry protoxin 가용화 및 처리 : 곤충 유충이 섭취 한 결정이 장에서 용해됩니다. 존재하는 프로테아제의 작용에 의해 활성 독소로 변환됩니다. 이 독소는 소위 주변 영양막 (장 상피 세포의 보호막)을 통과합니다.
수용체에 결합 : 독소는 곤충 장 세포의 미세 융모에 위치한 특정 부위에 결합합니다.
막에 삽입 및 기공 형성 : Cry 단백질이 막에 삽입되어 이온 채널의 형성을 통해 조직을 완전히 파괴합니다.
세포 용해 : 장 세포의 사멸. 이것은 여러 메커니즘을 통해 발생하며, 가장 잘 알려진 것은 삼투 세포 분해와 pH 균형을 유지하는 시스템의 비활성화입니다.
바실러스 투링 기 엔시스
박테리아에 의해 생성 된 단백질의 독성 효과가 확인되면 작물의 해충 방제에 대한 잠재적 인 용도를 연구했습니다.
이 박테리아에 의해 생성되는 독소의 살충 특성을 결정하기 위해 많은 연구가 수행되었습니다. 이러한 조사의 긍정적 인 결과로 인해 Bacillus thuringiensis는 다양한 작물을 손상시키고 부정적인 영향을 미치는 해충을 방제하기 위해 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 생물학적 살충제가되었습니다.
출처 : Pixabay.com
Bacillus thuringiensis 기반 생물 살충제는 시간이 지남에 따라 진화했습니다. 포자와 결정 만 포함 된 첫 번째 것부터 bt 독소를 생성하는 재조합 박테리아를 포함하고 식물 조직에 도달하는 것과 같은 이점이있는 3 세대로 알려진 것까지.
이 박테리아에 의해 생성되는 독소의 중요성은 곤충뿐만 아니라 선충류, 원생 동물 및 trematodes와 같은 다른 유기체에도 효과적이라는 것입니다.
이 독소는 인간이 속한 그룹 인 척추 동물과 같은 다른 유형의 생물에게는 전혀 무해하다는 것을 명확히하는 것이 중요합니다. 이것은 소화 시스템의 내부 조건이 증식과 효과에 이상적이지 않기 때문입니다.
바실러스 투링 기 엔시스
기술 발전, 특히 재조합 DNA 기술의 발전 덕분에 작물에 큰 피해를주는 곤충의 영향에 유 전적으로 면역이있는 식물을 만들 수있게되었습니다. 이 식물은 일반적으로 유전자 변형 식품 또는 유전자 변형 유기체로 알려져 있습니다.
이 기술은 박테리아의 게놈 내에서 독성 단백질의 발현을 암호화하는 유전자 서열을 식별하는 것으로 구성됩니다. 이 유전자는 나중에 치료할 식물의 게놈으로 옮겨집니다.
식물이 자라고 자랄 때, 이전에 Bacillus thuringiensis에 의해 생성 된 독소를 합성하기 시작하여 곤충의 작용에 면역이됩니다.
이 기술이 적용된 여러 공장이 있습니다. 그중에는 옥수수, 면화, 감자, 콩이 있습니다. 이 작물은 bt 옥수수, bt 면화 등으로 알려져 있습니다.
물론, 이러한 트랜스 제닉 식품은 인구에 약간의 우려를 불러 일으켰습니다. 그러나 미국 환경청 (United States Environment Agency)이 발표 한 보고서에서 현재까지 이러한 식품은 인간이나 고등 동물 모두에서 어떠한 유형의 독성이나 손상도 나타내지 않은 것으로 확인되었습니다.
곤충에 미치는 영향
B. thuringiensis의 결정은 높은 pH와 protoxin을 가진 곤충의 장에서 녹고 다른 효소와 단백질이 방출됩니다. 따라서 protoxin은 장 세포의 특수 수용체 분자에 결합하는 활성 독소가됩니다.
B. thuringiensis의 독소는 곤충 섭취 중단, 장 마비, 구토, 배설 불균형, 삼투압 역전, 전신 마비 및 최종적으로 사망을 유발합니다.
독소의 작용으로 인해 기능을 방해하는 장 조직에 심각한 손상이 발생하여 영양소의 동화에 영향을 미칩니다.
'Bacillus thuringiensis'에 감염된 'Caenorhabditis elegans'의 내장. 출처 : www.researchgate.net
곤충의 죽음은 포자의 발아와 곤충의 혈종에있는 식물 세포의 증식에 의해 야기 될 수 있다고 여겨져 왔습니다.
그러나 사망률은 곤충의 장에 서식하는 공생 박테리아의 작용에 더 많이 의존하고 B. thuringiensis 독소의 작용 후에 패혈증을 일으킬 수 있다고 생각됩니다.
B. thuringiensis 독소는 척추 동물에 영향을 미치지 않습니다. 왜냐하면 후자의 음식 소화는 독소가 활성화되지 않는 산성 매체에서 일어나기 때문입니다.
곤충의 높은 특이성은 특히 Lepidoptera로 유명합니다. 대부분의 곤충류에 무해한 것으로 간주되며 식물에 해로운 작용이 없습니다. 즉, 식물 독성이 없습니다.
참고 문헌
- Hoffe, H. 및 Whiteley, H. (1989, 6 월). Bacillus thuringiensis의 살충 결정 단백질. 미생물 학적 검토. 53 (2). 242-255.
- Martin, P. and Travers, R. (1989, 10 월). Bacillus thuringiensis Applied 및 환경 미생물학의 전 세계 풍부 및 분포. 55 (10). 2437-2442.
- 노준, 재, Y., Ming, S., Byung, R. 및 Yeon, H. (2007). Bacillus thuringiensis는 곤충 해충 구제를위한 구체적이고 안전하며 효과적인 도구입니다. 미생물 및 생명 공학 저널 .17 (4). 547-559
- Sauka, D. 및 Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis : 일반성. 농업 해충 인 나비목 곤충의 생물 방제에 사용하는 방법. 아르헨티나 미생물학 저널. 40. 124-140
- Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D. 및 Dean H. (1998 년 9 월). Bacillus thuringiensis 및 그 살충 결정 단백질. 미생물학 및 분자 생물학 검토. 62 (3). 775-806.
- Villa, E., Parrá, F., Cira, L. 및 Villalobos, S. (2018 년 1 월). 생물학적 방제 제로서의 Bacillus 속과 농업 생물 보안에 미치는 영향. 멕시코 식물 병리학 저널. 온라인 간행물.