Bacillus thuringiensis: karakteristik, morfologi, siklus hidup

Bacillus thuringiensis: karakteristik, morfologi, siklus hidup

Bacillus thuringiensis adalah bakteri yang termasuk dalam kelompok besar bakteri gram positif, beberapa bersifat patogen dan lainnya sama sekali tidak berbahaya. Ini adalah salah satu bakteri yang paling banyak dipelajari karena kegunaannya di bidang pertanian.

Kegunaan ini terletak pada fakta bahwa bakteri ini memiliki kekhasan menghasilkan kristal selama fase sporulasi yang mengandung protein yang ternyata menjadi racun bagi serangga tertentu yang merupakan hama sejati bagi tanaman.

Kristal toksin B. thuringiensis. Oleh Jim Buckman dikreditkan dan pengunggah asli adalah PRJohnston. (w: en: Gambar: Bacillus thuringiensis.JPG) [Domain publik], melalui Wikimedia Commons

Di antara karakteristik Bacillus thuringiensis yang paling menonjol adalah spesifisitasnya yang tinggi, keamanannya bagi manusia, tumbuhan dan hewan, serta residunya yang minimal. Atribut ini memungkinkan untuk memposisikan dirinya sebagai salah satu pilihan terbaik untuk pengobatan dan pengendalian hama yang mengganggu tanaman.

Keberhasilan penggunaan bakteri ini menjadi bukti pada tahun 1938 ketika pestisida pertama yang dibuat dari sporanya muncul. Sejak saat itu sejarahnya telah panjang dan melaluinya Bacillus thuringiensis telah disahkan sebagai salah satu pilihan terbaik dalam hal pengendalian hama pertanian.

Indeks artikel

Taksonomi

Klasifikasi taksonomi Bacillus thuringiensis adalah:

Domain: Bakteri

Filum: Firmicutes

Kelas: Basil

Ordo: Bacillales

Keluarga: Bacilaceae

Genus: Bacillus

Spesies: Bacillus thuringiensis

Morfologi

Mereka adalah bakteri berbentuk batang dengan ujung membulat. Mereka menyajikan pola flagel pertrik, dengan flagela tersebar di seluruh permukaan sel.

Ini memiliki dimensi panjang 3-5 mikron dengan lebar 1-1,2 mikron. Dalam kultur eksperimental mereka, koloni melingkar diamati, dengan diameter 3-8 mm, dengan tepi teratur dan penampilan “kaca tanah”.

Ketika diamati di bawah mikroskop elektron, sel-sel memanjang khas diamati, bersatu dalam rantai pendek.

Spesies bakteri ini menghasilkan spora yang berbentuk ellipsoidal dan terletak di bagian tengah sel, tanpa menyebabkan deformasi .

Karakteristik umum

Pertama-tama, Bacillus thuringiensis adalah bakteri gram positif, yang berarti bahwa ketika mengalami proses pewarnaan Gram, ia memperoleh warna ungu.

Demikian juga, itu adalah bakteri yang dicirikan oleh kemampuannya untuk menjajah berbagai lingkungan. Dimungkinkan untuk mengisolasinya di semua jenis tanah. Ini memiliki distribusi geografis yang luas, telah ditemukan bahkan di Antartika , salah satu lingkungan yang paling tidak bersahabat di planet ini.

Ini memiliki metabolisme aktif, mampu memfermentasi karbohidrat seperti glukosa, fruktosa, ribosa, maltosa dan trehalosa. Itu juga dapat menghidrolisis pati, gelatin, glikogen dan N-asetil-glukosamin.

Dalam nada yang sama, Bacillus thuringiensis adalah katalase positif, yang mampu menguraikan hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen.

Bila telah dibiakkan pada media agar darah, pola beta hemolisis telah diamati, yang berarti bahwa bakteri ini mampu menghancurkan eritrosit secara total .

Mengenai persyaratan lingkungan untuk pertumbuhannya, membutuhkan suhu berkisar antara 10 – 15 ° C hingga 40 -45 ° C. Demikian pula, pH optimalnya adalah antara 5,7 dan 7.

Bacillus thuringiensis adalah bakteri aerobik yang ketat. Itu harus di lingkungan dengan ketersediaan oksigen yang cukup.

Ciri khas Bacillus thuringiensis adalah bahwa selama proses sporulasi, ia menghasilkan kristal yang terdiri dari protein yang dikenal sebagai toksin delta. Dalam dua kelompok ini telah diidentifikasi: Cry dan Cyt.

Toksin ini mampu menyebabkan kematian serangga tertentu yang merupakan hama sejati bagi berbagai jenis tanaman.

Lingkaran kehidupan

B. thuringiensis memiliki siklus hidup dengan dua fase: salah satunya ditandai dengan pertumbuhan vegetatif, yang lain dengan sporulasi. Yang pertama terjadi dalam kondisi yang menguntungkan untuk pengembangan, seperti lingkungan yang kaya nutrisi, yang kedua dalam kondisi yang tidak menguntungkan, dengan kekurangan substrat makanan.

Larva serangga seperti kupu-kupu, kumbang atau lalat, antara lain, ketika memakan daun, buah atau bagian lain dari tanaman, dapat menelan endospora bakteri B. thuringiensis .

Dalam saluran pencernaan serangga, karena sifatnya yang basa, protein bakteri yang mengkristal dilarutkan dan diaktifkan. Protein mengikat reseptor pada sel usus serangga, membentuk pori-pori yang mempengaruhi keseimbangan elektrolit, menyebabkan kematian serangga.

Dengan demikian, bakteri menggunakan jaringan serangga yang mati untuk makan, memperbanyak dan membentuk spora baru yang akan menginfeksi inang baru.

Toksin

Racun yang dihasilkan oleh B. thuringiensis memiliki aksi yang sangat spesifik pada invertebrata dan tidak berbahaya pada vertebrata . Inklusi paraspora B. thuringensis memiliki protein yang beragam dengan aktivitas yang beragam dan sinergis.

B. thuringienisis memiliki berbagai faktor virulensi yang meliputi, selain delta endotoksin Cry dan Cyt, eksotoksin alfa dan beta tertentu, kitinase, enterotoksin, fosfolipase dan hemolisin, yang meningkatkan efisiensinya sebagai entomopatogen.

Kristal protein beracun B. thuringiensis terdegradasi di tanah oleh aksi mikroba dan dapat didenaturasi oleh radiasi matahari.

Penggunaan dalam pengendalian hama

Potensi entomopatogen Bacillus thuringiensis telah dieksploitasi selama lebih dari 50 tahun dalam perlindungan tanaman.

Berkat perkembangan bioteknologi dan kemajuan di dalamnya, efek toksik ini dapat digunakan melalui dua jalur utama: produksi pestisida yang digunakan langsung pada tanaman dan pembuatan makanan transgenik.

Mekanisme kerja toksin

Untuk memahami pentingnya bakteri ini dalam pengendalian hama, penting untuk mengetahui bagaimana toksin menyerang dalam tubuh serangga.

Mekanisme kerjanya dibagi menjadi empat tahap:

Pelarutan dan pemrosesan protoksin menangis : kristal yang tertelan oleh larva serangga larut dalam usus. Dengan aksi protease yang ada, mereka diubah menjadi racun aktif. Racun ini melintasi apa yang disebut membran peritrofik (membran pelindung sel-sel epitel usus).

Mengikat reseptor : racun mengikat situs tertentu yang terletak di mikrovili sel usus serangga.

Penyisipan membran dan pembentukan pori : Protein menangis masuk ke dalam membran dan menyebabkan kerusakan jaringan total melalui pembentukan saluran ion.

Sitolisis : kematian sel usus. Ini terjadi melalui beberapa mekanisme, yang paling dikenal adalah sitolisis osmotik dan inaktivasi sistem yang menjaga keseimbangan pH.

Bacillus thuringiensis dan pestisida

Setelah efek toksik protein yang dihasilkan oleh bakteri diverifikasi, potensi penggunaannya dalam pengendalian hama pada tanaman dipelajari.

Banyak penelitian telah dilakukan untuk menentukan sifat pestisida dari toksin yang dihasilkan oleh bakteri ini. Karena hasil positif dari penyelidikan ini, Bacillus thuringiensis telah menjadi insektisida biologis yang paling banyak digunakan di seluruh dunia untuk mengendalikan hama yang merusak dan berdampak negatif pada berbagai tanaman.

Sumber: Pixabay.com

Bioinsektisida berdasarkan Bacillus thuringiensis telah berkembang dari waktu ke waktu. Dari yang pertama hanya mengandung spora dan kristal, hingga yang disebut generasi ketiga yang mengandung bakteri rekombinan yang menghasilkan toksin bt dan memiliki keunggulan seperti menjangkau jaringan tanaman.

Pentingnya toksin yang dihasilkan oleh bakteri ini adalah tidak hanya efektif terhadap serangga, tetapi juga terhadap organisme lain seperti nematoda, protozoa dan trematoda.

Penting untuk diklarifikasi bahwa racun ini sama sekali tidak berbahaya pada jenis makhluk hidup lain seperti vertebrata, kelompok yang dimiliki manusia. Hal ini terjadi karena kondisi internal sistem pencernaan tidak ideal untuk proliferasi dan efeknya.

Bacillus thuringiensis dan makanan transgenik

Berkat kemajuan teknologi, terutama perkembangan teknologi DNA rekombinan, telah dimungkinkan untuk menciptakan tanaman yang secara genetik kebal terhadap pengaruh serangga yang merusak tanaman. Tumbuhan tersebut secara umum dikenal sebagai makanan transgenik atau organisme hasil rekayasa genetika.

Teknologi ini terdiri dari mengidentifikasi dalam genom bakteri urutan gen yang mengkode ekspresi protein beracun. Gen-gen ini kemudian ditransfer ke genom tanaman yang akan dirawat.

Ketika tanaman tumbuh dan berkembang, ia mulai mensintesis racun yang sebelumnya diproduksi oleh Bacillus thuringiensis , yang kemudian kebal terhadap aksi serangga.

Ada beberapa pabrik yang telah menerapkan teknologi ini. Ini termasuk jagung, kapas, kentang, dan kedelai. Tanaman ini dikenal sebagai bt jagung, bt kapas, dll.

Tentu saja, makanan transgenik ini telah menimbulkan kekhawatiran di masyarakat. Namun, dalam laporan yang diterbitkan oleh Badan Lingkungan Amerika Serikat ditetapkan bahwa makanan ini, sampai saat ini, belum menunjukkan jenis toksisitas atau kerusakan apa pun, baik pada manusia maupun hewan tingkat tinggi.

Efek pada serangga

Kristal B. thuringiensis larut dalam usus serangga dengan pH tinggi dan protoksin dilepaskan, serta enzim dan protein lainnya. Dengan demikian protoksin menjadi racun aktif yang mengikat molekul reseptor khusus pada sel-sel usus.

Toksin B. thuringiensis menghasilkan penghentian serangga menelan, kelumpuhan usus, muntah, ketidakseimbangan dalam ekskresi, dekompensasi osmotik, kelumpuhan umum dan akhirnya kematian.

Karena aksi toksin, kerusakan serius terjadi pada jaringan usus yang mencegah fungsinya, mempengaruhi asimilasi nutrisi.

Usus “Caenorhabditis elegans” terinfeksi “Bacillus thuringiensis’. Sumber: www.researchgate.net

Telah dianggap bahwa kematian serangga dapat disebabkan oleh perkecambahan spora dan proliferasi sel vegetatif dalam hemokel serangga.

Namun, diperkirakan bahwa kematian akan lebih bergantung pada aksi bakteri komensal yang menghuni usus serangga dan setelah aksi toksin B. thuringiensis mereka akan mampu menyebabkan septikemia.

Toksin B. thuringiensis tidak mempengaruhi vertebrata, karena pencernaan makanan pada vertebrata berlangsung di lingkungan asam, di mana toksin tidak diaktifkan.

Spesifisitasnya yang tinggi pada serangga menonjol, terutama dikenal untuk lepidoptera. Itu dianggap tidak berbahaya untuk sebagian besar entomofauna dan tidak memiliki tindakan berbahaya pada tanaman, yaitu tidak fitotoksik.

Referensi

  1. Hoffe, H. dan Whiteley, H. (1989, Juni). Protein Kristal Insektisida Bacillus thuringiensis . Tinjauan Mikrobiologi. 53 (2). 242-255.
  2. Martin, P. dan Travers, R. (1989, Oktober). Kelimpahan dan Distribusi Mikrobiologi Terapan dan Lingkungan Bacillus thuringiensis di Seluruh Dunia . 55 (10). 2437-2442.
  3. Roh, J., Jae, Y., Ming, S., Byung, R. dan Yeon, H. (2007).Bacillus thuringiensis sebagai Alat Spesifik, Aman dan Efektif untuk Pengendalian Hama Serangga. Jurnal Mikrobiologi dan Bioteknologi 17 (4). 547-559
  4. Sauka, D. dan Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis : umum. Pendekatan pemanfaatannya dalam biokontrol serangga lepidopteran yang merupakan hama pertanian. Jurnal Mikrobiologi Argentina. 40. 124-140
  5. Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D., dan Dean H. (1998, September). Bacillus thuringiensis dan Protein Kristal Pestisidanya. Ulasan Mikrobiologi dan Biologi Molekuler. 62 (3). 775-806.
  6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. dan Villalobos, S. (2018, Januari). Genus Bacillus sebagai agen pengendali hayati dan implikasinya bagi biosekuriti pertanian. Jurnal Fitopatologi Meksiko. Publikasi daring.