Bacillus subtilis

miniatura|dereita|Bacillus subtilis esporulando.

Bacillus subtilis é unha especie bacteriana con forma bacilar grampositiva, catalase positiva, que pode formar endósporas moi resistentes para soportar condicións ambientais extremas. A diferenza doutras especies do xénero Bacillus, B. subtilis foi historicamente clasificado como organismo aerobio obrigado, aínda que investigacións recentes demostraron que pode crecer tamén en anaerobiose.

Aínda que esta especie se atopa comunmente nos solos, hai evidencias que suxiren que é tamén un comensal normal do intestino humano. Un estudo de 2009 comparou a densidade de esporas desta bacteria que se encontra no solo (~106 esporas por gramo) coa que se encontra nas feces humanas (~104 esporas por gramo). O número de esporas tan alto atopado no intestino humano non pode ser atribuído só ao consumo de alimentos contaminados coas esporas. O solo parece que só serve como reservorio, o que suxire que B. subtilis vive no intestino e debería considerarse un comensal normal da flora intestinal.

 Historia 

En 1835, esta bacteria foi orixinalmente denominada Vibrio subtilis por Christian Gottfried Ehrenberg, e renomeada como Bacillus subtilis por Ferdinand Cohn en 1872.

Utilizouna o corpo médico militar alemán en 1941 para tratar a disentería durante a campaña no Norte de África na segunda guerra mundial ao verse que a poboación local o utilizaba para este propósito.The Bacillus subtilis story Utilizáronse cultivos de B. subtilis durante a década de 1950 como unha medicina alternativa debido aos efectos inmunoestimulatorios da súa materia celular, o cal na dixestión estimula significativamente unha actividade inmune de amplo espectro, incluíndo a activación da secreción de anticorpos específicos IgM, IgG e IgA e a liberación de dinucleótidos CpG, inducindo a produción de IFN A/Y polos leucocitos e de citocinas importante no desenvolvemento de citotoxicidade cara ás células tumorais. Foi comercializado en Europa e América desde 1946 como un inmunoestimulador no tratamento de enfermidades do tracto intestinal e urinario como as producidas por Rotavirus e Shigella, pero o seu uso declinou despois da introdución de antibióticos baratos, a pesar de que tiña unha menor probabilidade de causar reaccións alérxicas e unha toxicidade menor para a flora intestinal normal.

 Seguridade 

B. subtilis só causa enfermidade en pacientes moi inmunocomprometidos, e pode utilizarse como probiótico en individuos sans. Só moi raramente causa intoxicacións alimentarias. Algunhas cepas de B. subtilis producen un encima proteolítico chamado subtilisina. As esporas de B. subtilis poden sobrevivir á calor extrema da cocción. Algunhas cepas de B. subtilis son responsables de causar na masa de pan botada a perder unha consistencia fibrosa pegañenta orixinada pola produción de polisacáridos de cadea longa. Durante longo tempo, este efecto sobre o pan foi asociado só con B. subtilis por probas bioquímicas, pero hoxe os ensaios moleculares (ensaio de PCR de ADN polimórfico amplificado aleatoriamente, análise de electroforese en xel en gradiente desnaturalizante, e secuenciación da rexión V3 do xene do ARNr 16S) revelaron que hai unha gran variedade de especies de Bacillus no pan fibroso que teñen todas unha actividade amilase positiva e unha alta resistencia á calor.

Avaliouse o uso de certas cepas non patoxénicas e non toxixénicas de Bacillus subtilis e de substancias derivadas delas en alimentos e considérase que non supón un perigo.FDA partial list of microorganisms, 2002. Por exemplo, o consumo de fabas de soia fermentadas xaponesas que conteñen B. subtilis (chamada nattō) considérase beneficiosa para a saúde e non hai constancia de ningún efecto adverso, consómese comunmente no Xapón desde hai moito tempo e contén 108 células de B. subtilis viables por gramo.Gibson G.R., 2005. Functional Foods: Perspectives on foods for specific health uses (FOSHU), Colette Shortt, Yakult UK. Volume 1, page 7-1. A Autoridade de Seguridade Alimentaria Europea (EFSA, European Food Safety Authority) outorgou á especie B. subtilis para o seu uso en alimentación o status de Presunción Cualificada de Seguridade (QPS; Qualified Presumption of Safety).. O seu uso está autorizado polas autoridades alimentarias doutros países como o Xapón, os Estados Unidos e o Canadá.

 Reprodución 

B. subtilis pode dividirse simetricamente para formar dúas células fillas (fisión binaria), ou asimetricamente, producindo unha soa endóspora que pode permanecer viable durante décadas e é resistente a condicións desfavorables ambientais como a seca, salinidade, pH extremo, radiación e solventes. A endóspora fórmase en períodos de estrés nutricional, o que permite que o organimso persista no seu ambiente ata que as condicións sexan favorables. Antes do proceso de esporulación poden facerse móbiles ao formaren flaxelos, captaren ADN do seu ambiente, ou produciren antibióticos. Estas respostas vense como intentos de procurar nutrientes buscando un ambiente máis favorable, capacitar á célula para usar novo material xenético beneficioso ou simplemente matar a outros organismos para competir. O proceso de esporulación nesta especie foi moi estudado, xa que se utilizou como organismo modelo para o estudo da esporulación.

 Replicación cromosómica 

B. subtilis é un organismo modelo usado para estudar a replicación do cromosoma bacteriano. A replicación do cromosoma circular único iníciase nun só locus, a orixe de replicación (oriC), procede bidireccionalmente en dúas forquitas de replicación, e remata na rexión terminal que contén varias secuencias de ADN curtas (sitios Ter). Cada paso da replicación está mediado por proteínas específicas. Unha comparación entre as proteínas implicadas na replicación cromosómica en B. subtilis e Escherichia coli revela semellanzas e diferenzas. Os compoñentes básicos que promoven a iniciación, elongación e terminación están ben conservados, pero hai algunhas diferenzas xa que unha especie carece de certas proteínas da replicación que son esenciais na outra.

 Usos 

B. subtilis é un organismo moi axeitado para a manipulación xenética, e converteuse nun organismo modelo amplamente utilizado nos estudos de laboratorio. B. subtilis utilízase comunmente como organismo modelo para o estudo das propiedades fundamentais e características das bacterias grampositivas formadoras de esporas, e, en especial, dos principios básicos da formación de endósporas de resistencia. Tamén é un organismo moi flaxelado, polo cal pode moverse rapidamente en medios líquidos. Como organismo modelo pódese dicir que é o equivalente grampositivo de Escherichia coli (gramnegativa).

A compañía Monsanto illou un xene de B. subtilis que expresa a proteína CSPB (cold shock protein B) e integrouno na súa variedade de millo híbrido tolerante á seca MON 87460, que foi aprobado para a venda nos Estados Unidos en 2011.USDA: Determination of Nonregulated Status for MON 87460 Corn (Zea mays L)|http://www.aphis.usda.gov/brs/aphisdocs/09_05501p_det.pdf

É máis difícil traballar cos illados naturais de tipo salvaxe de B. subtilis que coas cepas de laboratorio que sufriron un proceso de domesticación por mutaxénese e selección. Estas cepas xeralmente teñen mellores capacidades de transformación (captación e integración de ADN do seu medio), crecemento, e perda de capacidades que son necesarias na vida no medio natural. E das ducias de cepas deste tipo que existen, a cepa 168 é a máis amplamente usada.

miniatura|dereita|200px|Colonias de B. subtilis crecendo nunha placa de cultivo.

Ademais do seu papel como organismo modelo, B. subtilis utilízase como un inoculante de solos en horticultura e agricultura.

A grande estabilidade de B. subtilis en condicións ambientais adversas faino un candidato perfecto para aplicacións probióticas en alimentos/bebidas enfornadas ou pasteurizadas e noutros preparados medicinais como tabletas, cápsulas e pos.

Algunhas cepas de B. subtilis foron clasificadas como B. atropheus . Algunhas cepas de B. atrophaeus (da variedade globigii) foron utilizadas como simuladores de guerra biolóxica durante o Proxecto SHAD (ou Proxecto 112).

Certos encimas producidos por B. subtilis (e B. licheniformis) son moi utilizados como aditivos en deterxentes de lavandaría.

Outros usos son:
 Unha cepa de B. subtilis (variedade natto) utilízase na produción industrial do alimento xaponés nattō (fabas de soia fermentadas), e do alimento coreano similar cheonggukjang.
 Foi moi usado en todo o mundo antes da introdución dos antibióticos baratos como axente inmunoestimulador para axudar no tratamento de enfermidades gastrointestinais e do tracto urinario. Aínda se usa moito en Europa Occidental e no Oriente Próximo como medicina alternativa.
 Pode converter algúns explosivos en compostos inofensivos do nitróxeno, dióxido de carbono e auga.
 As propiedades de unión de substancias da súa superficie xogan un papel na eliminación segura de lixo radioactivo (por exemplo torio (IV) e plutonio (IV)).
 As cepas recombinantes pBE2C1 e pBE2C1AB utilizáonse na produción de polihidroxialcanoatos (PHA), e poden usarse residuos de malte como fonte de carbono para a produción barata de PHA.
 Utilízase para producir amilase.
 Utilízase para producir ácido hialurónico..
 Pode ser beneficioso para os cultivadores de azafrán ao aumentar o rendemento da produción.
 Utilízase a miúdo como un "organismo indicador" durante os procedementos de esterilización con gas, para asegurar que o ciclo de esterilización se completou correctamente, debido ao resistentes que son as súas endósporas.http://www.who.int/phint/en/d/Jb.7.5.9/

 Xenoma 

B. subtilis ten aproximadamente 4.100 xenes. Deles, só 192 se consideran indispensables; outros 79 prediciuse que son esenciais tamén. A inmensa maioría de xenes esenciais interveñen en relativamente poucos dominios do metabolismo celular, e aproximadamente a metade están implicados no procesamento da infomación, unha quinta parte están implicados na síntese da envoltura celular e na determinación da forma da célula e da división, e unha décima parte están relacionados coa enerxética da célula.

Caracterizáronse varios ARN non codificantes no xenoma de B. subtilis, como os Bsr RNAs.

 Transformación 
En B. subtilis foi moi estudado o fenómeno da transformación bacteriana natural. Este proceso supón a transferencia de ADN dunha bacteria a outra (xeralmente da mesma especie) a través do medio que as rodea e depende da expresión de xenes bacterianos específicos e de que a bacteria se atope nun estado especial receptivo chamado competencia.

En B. subtilis a lonxitude do ADN transferido é de máis de 1271 kb (máis dun millón de bases). O segmento de ADN transferido é probablemente ADN de dobre cadea e xeralmente supón ata un terzo da lonxitude total do seu cromosoma de 4215 kb. Parece que do 7 ao 9% das célula receptoras chegan a captar un cromosoma completo.

O estado de competencia para a transformación en B. subtilis indúcese cara ao final da fase de crecemento logarítmico, especialmente baixo condicións de limitación de aminoácidos. Baixo estas condicións de estrés de semi deprivación nutricional as células teñen normalmente unha soa copia do seu cromosoma e probablemente presentan un incremento nos danos no ADN. Para comprobar se a función adaptativa da transformación é reparar os danos no ADN, realizáronse diversos experimentos con B. subtilis utilizando luz ultravioleta como axente causante de danos despois revisados por Michod et al.  estes experimentos levaron a concluír que a competencia, con captación de ADN, é inducida especificamente polas condicións que danan ao ADN, e que a transformación funciona como un proceso de reparación recombinacional dos danos no ADN.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Ligazóns externas 
 SubtiWiki "información actualizada de todos os xenes de Bacillus subtilis"
 Estimación de Risco Final de Bacillus subtilis en EPA.gov
 Bacillus subtilis buscador do xenoma 

Categoría:Bacillales