Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.Giới thiệu về Bacillus Về mặt phát sinh loài, vi khuẩn thuộc giống Bacillus thuộc lớp I của phylum Firmicutes tức là trực khuẩn. Chi Bacillus bao gồm G + C Gram dương khoảng 32-69 mol% G + C. Các thành viên của chi Bacillus là vi khuẩn Gram dương, hiếu khí và hình thành nội bào tử được đặc trưng bởi hình thái tế bào hình que, sản xuất catalase và sự phân bố khắp nơi.
Chúng được tìm thấy trong các môi trường đa dạng như đất và đất sét, đá, bụi, môi trường nước, thảm thực vật, thức ăn và đường tiêu hóa của các loài côn trùng và động vật khác nhau Ferdinand Cohn vào năm 1872 lần đầu tiên mô tả chi Bacillus và đưa vào nó ba loài, đó là Bacillus subtilis, Bacillus anthracis và Bacillus ulna. Việc sử dụng trình tự gen 16S rRNA được coi là tiêu chuẩn vàng để xác định vị trí phân loại của các loài Một số loại vi khuẩn Bacillus có hại cho con người, thực vật hoặc các sinh vật khác. anthracis là tác nhân gây bệnh than. Một số chủng B.
cereus thường được công nhận là tác nhân gây ngộ độc thực phẩm, gây nhiễm trùng vết thương và mắt. Một số chủng B. thuringiensis là côn trùng gây bệnh và đã được thương mại hóa để sử dụng làm thuốc trừ sâu sinh học, trong khi một số chủng đã được báo cáo là gây nhiễm trùng ở những người bị suy giảm miễn dịch. Bacillus tồn tại rộng rãi trong tự nhiên.
Chúng có thể tạo ra các chất chuyển hóa thứ cấp đáng chú ý và hữu ích và được tìm thấy trong các môi trường đa dạng như nước, đất, thảm thực vật, và thậm chí cả đường tiêu hóa của các loài côn trùng và động vật có vú khác nhau. Khả năng tồn tại và phát triển trong các hệ sinh thái đa dạng như vậy dựa trên việc tạo ra các nội bào tử có khả năng chống chịu cao với các điều kiện môi trường không thuận lợi, bên cạnh các đặc tính sinh lý đa dạng và yêu cầu sinh trưởng của chúng. Khi nào Bacillus các loài được ứng dụng trong nông nghiệp, chúng có thể mang lại tất cả các loại lợi ích cho cây trồng, bao gồm tăng cường khả năng chống lại bệnh tật do nấm và vi 3 khuẩn phytopathogenic thực vật hoặc côn trùng và tuyến trùng gây ra. Đồng thời, chúng có thể cải thiện khả năng chống chịu với căng thẳng trong khi thúc đẩy sự phát triển của cây trồng và thân thiện với môi trường.
Nhiều loài Bacillus đã được phát hiện là tiết ra gibberellins, các hormone thực vật như axit Indole-3- acetic, và một số enzyme phân giải chất dinh dưỡng giúp thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của thực vật. Một số thay đổi sinh lý khi cây được cấy Bacillus spp. trong môi trường căng thẳng làm chậm quá trình lão hóa của cây. Bacilli cũng tiết ra các chất chuyển hóa thứ cấp như kháng sinh, tế bào phụ, và hydrolase thành tế bào, góp phần vào tác dụng đối kháng của chúng chống lại mầm bệnh.
Phân loại học Gen 16S ribosome RNA (16S rRNA) đã được sử dụng rộng rãi để phân loại vi khuẩn. Giới: Vi khuẩn Ngành: Firmicutes Lớp: Bacilli Bộ: Bacillales Họ: Bacillaceae Chi: Bacillus Chủng: Bacillus thuringiensis serovar berliner ATCC 10792 1. Đặc điểm của Bacillus Trong những năm gần đây, rõ ràng đây có thể là sự đơn giản hóa quá mức và Bacillus nội bào tử đã được tìm thấy trong các môi trường đa dạng bao gồm đá, bụi, môi trường nước và ruột của nhiều loại côn trùng và động vật khác nhau. Nội bào tử là dạng sống mạnh mẽ độc đáo cho phép chúng phân tán dễ dàng và kết quả là chúng được tìm thấy ở khắp mọi nơi.
Từ một quan điểm học thuật thuần túy, thật trớ trêu là đối với một sinh vật được xác định rõ ràng về mặt di truyền, ngang hàng với Escherichia coli, thì môi trường sống và vòng đời thực sự của nó lại được hiểu rất ít. Một câu hỏi đã được đặt ra là liệu có mối quan hệ cộng sinh giữa Bacillus spp hay không. và côn trùng và động vật 4 ❖ Vòng đời của Bacillus Vòng đời của Bacillus dạng bào tử bao gồm ba quá trình sinh lý khác nhau, sinh trưởng sinh dưỡng, tạo bào tử và nảy mầm. Sự chuyển đổi từ phương thức phát triển này sang phương thức phát triển khác được thúc đẩy bởi sự sẵn có của chất dinh dưỡng, được vi sinh vật cảm nhận được ( Moir, 2006, Rosenberg và cộng sự, 2012 ).
Nhiều con đường truyền tín hiệu truyền thông tin dinh dưỡng và tốc độ tăng trưởng trực tiếp đến bộ máy chu kỳ tế bào để cho phép tế bào liên tục lấy mẫu môi trường của chúng và tinh chỉnh quá trình chu kỳ tế bào ( Wang và Levin 2009 ). Vào nửa sau của thế kỷ 19 Tyndall, Cohn và Koch đã phát hiện một cách độc lập rằng một số loài vi khuẩn nhất định dành ít nhất một phần cuộc đời của chúng dưới dạng cấu trúc tế bào không hoạt động ngày nay được gọi là nội bào tử (sau đây được gọi đơn giản là bào tử cho thuận tiện). Bào tử kể từ đó đã được công nhận là dạng sống khó nhất được biết đến trên Trái đất, và nỗ lực đáng kể đã được đầu tư vào việc tìm hiểu các cơ chế phân tử chịu trách nhiệm về khả năng chống chọi gần như không thể tin được của bào tử đối với môi trường tồn tại ở (và xa hơn) các cực vật lý có thể hỗ trợ trên mặt đất đời sống. Các ví dụ về vi khuẩn tạo bào tử khá phổ biến trong phân khu có G + C thấp của vi khuẩn gram dương và đại diện cho cư dân của các môi trường sống đa dạng, chẳng hạn như sinh vật dị dưỡng hiếu khí ( Bacillus và Sporosarcina spp.), Sinh vật ưa ngọt (Sporosarcina halophila và vi khuẩn gram âm Sporohalobacter spp.), Vi sinh vật lên men lactate vi hạt ( SporoLactobacillus spp.), Vi khuẩn kỵ khí ( Clostridium và Anaerobacter spp.), Chất khử sufate ( Desulfotomaculum spp.), Và thậm chí cả vi khuẩn ưa quang ( Heliobacterium ).
Chất chuyển hoá thứ cấp từ Bacillus Các loài Bacillus sản xuất thứ cấp chất chuyển hóa là đối tượng của sản phẩm tự nhiên nghiên cứu hóa học. Sự biến đổi cấu trúc rộng rãi của những hợp chất này đã thu hút sự tò mò của các nhà hóa học và các hoạt động sinh học của 5 họ đã truyền cảm hứng cho ngành công nghiệp dược phẩm để tìm kiếm cấu trúc chì trong chất chiết xuất từ vi sinh vật. Sàng lọc vi sinh vật chiết xuất tiết lộ sự đa dạng cấu trúc lớn của các hợp chất tự nhiên với các hoạt động sinh học rộng rãi,chẳng hạn như kháng khuẩn, kháng vi rút, ức chế miễn dịch,và các hoạt động chống khối u, cho phép vi khuẩn tồn tại trong môi trường tự nhiên của nó. Những phát hiện này mở rộng tầm quan trọng công nghiệp tiềm năng của Bacillus spp., đặc biệt là B.
thuringiensis, ngoài công dụng diệt côn trùng và có thể giúp giải thích vai trò của Bacillus spp. Trong hệ sinh thái đất. Các chất chuyển hóa chính là các thành phần hóa học của cơ thể sống quan trọng đối với hoạt động bình thường của chúng, trong khi thứ yếu Chất chuyển hóa là những hợp chất không thể thiếu.Các chất chuyển hóa thứ cấp rất đa dạng về cấu trúc và mỗi hợp chất chỉ được tạo ra bởi một số lượng loài (Karlovsky 2008).Trong nhiều năm, quá trình trao đổi chất thứ cấp hầu như bị bỏ qua. Ngày nay,tình hình đã khác.
Sự biến đổi cấu trúc rộng rãi của các hợp chất này đã thu hút sự tò mò của các nhà hóa học và các hoạt động sinh học sở hữu bởi các sản phẩm tự nhiên đã truyền cảm hứng cho dược phẩm ngành công nghiệp tìm kiếm cấu trúc chì trong vi sinh vật nuôi cấy và chiết xuất từ thực vật. Nhiều sản phẩm vi sinh vật có giá trị kinh tế là chất chuyển hóa thứ cấp (Karlovsky 2008). Là một nguồn tương đối dồi dào của thuốc chống vi trùng vì nhiều loài thuộc chi này tổng hợp các peptit kháng khuẩn. Những vi khuẩn này trong nói chung đại diện cho một nguồn thứ cấp mới và phong phú các chất chuyển hóa cần được khám phá.
Các chất chuyển hóa thứ cấp này thể hiện các hoạt động kháng nấm và kháng khuẩn mạnh và cho phép vi khuẩn tồn tại trong môi trường tự nhiên của nó (Stein 2005).Những phát hiện này mở rộng tầm quan trọng tiềm tàng trong công nghiệp của Bacillus spp. Ngoài việc sử dụng diệt côn trùng và có thể giúp giải thích vai trò của Bacillus spp. Trong hệ sinh thái đất. Quan điểm cho rằng các chất chuyển hóa thứ cấp hành động bằng cách cải thiện sự tồn tại của nhà sản xuất trong cạnh tranh với các loài sống khác đã 6 được thể hiện ngày càng nhiều hơn trong những năm gần đây về có các tác dụng sinh học quan trọng (Demain và Fang 2000), như hình ảnh MALDI thể hiện (Yangvà cộng sự 2009).Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến vi sinh vật thứ cấp trao đổi chất : các chất dinh dưỡng như axit amin, phốt phát,nitơ, v.v… Giới thiệu về Fengycins Fengycins là các peptit lipo-depsipeptit theo chu kỳ được sản xuất bởi Bacillus spp.
thể hiện đặc tính kháng nấm mạnh nhưng không ổn định về mặt hóa học. Sự không ổn định này có nghĩa là không có tổng hợp tổng hợp nào của bất kỳ loại thuốc nào đã được công bố. Sự tổng hợp của các chất tương tự Fengycin A thể hiện các đặc tính kháng nấm nâng cao và tính ổn định hóa học trong cả điều kiện cơ bản và axit. Các chất tương tự được điều chế cũng chứng minh rằng cấu trúc lõi của Fengycin có thể được sửa đổi và đơn giản hóa mà không làm mất hoạt tính kháng nấm.( Diana Gimenez et al.,2021) Các mầm bệnh thực vật, và đặc biệt là các bệnh nấm, gây ra nguy cơ ngày càng tăng đối với an ninh lương thực toàn cầu.
Một phần quan trọng của kho vũ khí bảo vệ thực vật là các chủng Bacillus subtilis, được sử dụng làm tác nhân kiểm soát sinh học (BCAs) (Serenade). có thể tiết ra, như một phản ứng bẩm sinh đối với các kích thích bên ngoài hệ vi sinh vật, các chất chuyển hóa kháng khuẩn mạnh bao gồm các lipopeptide chu kỳ (CliPs) từ các họ iturin, Suractin và Fengycin Fengycins là CliPs chiếm ưu thế trong Bacillus spp. và hoạt động chống lại một loạt các loại nấm thực vật,gây ra sự ly giải và rò rỉ tế bào thông qua liên kết với màng sinh chất. Các cụm gen liên quan đến sinh tổng hợp ✓ Terpene Terpene là thành phần của tinh dầu.
Hầu hết chúng là hydrocacbon. Hiđrocacbon terpene có công thức phân tử là (C5H8)n.