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Bacilli
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top
I mwbqBacilli sono un mwbggenere di mwbwbatteri appartenenti al mwcaphylum dei mwcqFirmicutes.cite-ref-0-1-0[1]
Contents
• Storia
• Biologia
• Genetica
• Note
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Etimologia
Storia
Il genere venne creato nel mwhq1872 da Cohn, che rinominò mwhgVibrio subtilis come mwhwmwiaBacillus subtilis, una specie tipo di questo gruppo mwiqtassonomico.cite-ref-0-1-1[1] Entro il mwjg2018, il genere comprendeva più di mwjw280 specie, tuttavia, è stata osservata un'estesa mwkapolifilia tra molti dei suoi membri, che avevano poco in comune.cite-ref-4[4]cite-ref-5[5]cite-ref-6[6]
Biologia
Il genere è composto da batteri con una mwnwmorfologia a bastoncino, dritta o leggermente curva, di mwoadimensioni variabili da 0,5 - 2,5 mwoqµm di mwogdiametro e 1,2 - 10 µm di mwowlunghezza, che possono presentarsi singolarmente o in mwpacatene di lunghezza variabile.cite-ref-2-7-0[7] La maggior parte delle specie sono mwqqgram-positivi, con alcune eccezioni che risultano gram-variabili.cite-ref-1-8-0[8]
Sono generalmente mobili grazie alla presenza di mwrwflagelli peritrichi, con l'eccezione di mwsaB. anthracis e di alcuni mwsqceppi di mwsgB. cereus. La formazione di mwswcaspule si osserva in alcuni ceppi in condizioni particolari ed è di natura mwtapolisaccaridica per mwtqB. mycoides e mwtgB. pumilus, mentre mwtwB. anthracis, mwuaB. subtilis e mwuqB. licheniformis producono capsule di acido poli-ɤ-D-glutammico.cite-ref-2-7-1[7] Inoltre, mwvwB. anthracis e alcuni ceppi di mwwaB. cereus producono uno strato S.cite-ref-9[9]
Metabolismo
Il genere comprende batteri mwxwaerobi, tuttavia, alcuni membri sono mwyaanaerobi facoltativi. Non sono particolarmente esigenti dal punto di vista nutrizionale. Le specie di mwyqBacillus crescono su mwygagar nutriente o su mwywterreni a base di mwzapeptone, mostrando una mwzqcrescita ideale a un mwzgpH neutro. Tuttavia, alcune specie possono crescere a un pH di 9, mentre altre tollerano un pH di 2.cite-ref-3-10-0[10] La loro mwawtemperatura di crescita varia da 10 a 45 mwba°C, con una crescita ottimale compresa tra 30 e 40 °C.cite-ref-1-8-1[8]
Alcune specie possono crescere in presenza di mwcgconcentrazioni di mwcwNaCl superiori al 7% (p/v). La morfologia delle mwdacolonie è variabile e alcune specie possono produrre mwdqpigmenti in condizioni di coltura specifiche. Sono microrganismi mwdgchemioorganotrofi, in grado di mwdwmetabolizzare mweasostanze organiche come mweqamminoacidi, mwegacidi organici e mwewzuccheri attraverso la mwfarespirazione aerobica e anaerobica o la mwfqfermentazione, a seconda della specie e dell'ambiente.cite-ref-3-10-1[10]
Prodotti
È stato osservato che i mwhaBacillus spp. possono produrre diversi composti antimicrobici che variano nella loro natura chimica, inclusi mwhqpeptidi mwhgribosomiali, mwhwpolichetidi, molecole di piccoli peptidi non ribosomiali, mwialipopeptidi, enzimi e composti volatili sia organici che inorganici.cite-ref-4-11-0[11]
Peptidi
Esempi di mwjwbatteriocine includono la mwkasubtilisina, un lantibiotico ampiamente studiato sintetizzato da mwkqB. subtilis, che forma pori nella membrana citoplasmatica dei batteri Gram-positivi, consentendo l'efflusso di ioni e mwkgmetaboliti, portando al collasso del potenziale di membrana.cite-ref-12[12]cite-ref-13[13]
La lichenina, una batteriocina di classe II prodotta dal ceppo 26L-10/3RA di mwnqB. licheniformis, è mwngidrofobica e sensibile all'ossigeno, mostrando attività antagonista sia contro batteri Gram-positivi che Gram-negativi.cite-ref-14[14] Un altro esempio è l'amilociclina, una batteriocina di classe I prodotta dal ceppo FZB42 di mwpaB. amyloliquefaciens, che mostra attività antagonista contro batteri Gram-positivi correlati.cite-ref-15[15]
Polichetidi
I polichetidi (PK) prodotti dai mwqwBacillus spp. possono essere PK stessi o mwraibridi di PK e peptidi non ribosomiali (NRPs).cite-ref-16[16] Tre tipi di polichetidi prodotti da mwsqB. subtilis sono riconosciuti: bacillomicina, difficidina e macrolattina, tutti con attività antibatterica mediante l'inibizione della mwtqsintesi proteica.cite-ref-4-11-1[11]
Lipopeptidi
Recentemente è stato isolato il ceppo mwvaBacillus amyloliquefaciens LPB-18, capace di produrre fengicine e le loro isoforme, mostrando un'efficace inibizione di mwvgmwvwA. flavus e mwwamwwqF. oxysporum. Inoltre, questo ceppo ha mostrato caratteristiche di un potenziale probiotico grazie alla sua tolleranza a condizioni acide e ai mwwgsali biliari, rendendolo un eccellente candidato per ceppi biologici nei prodotti agricoli e nei mangimi per animali.cite-ref-17[17]
Enzimi
Membri del genere producono la lipasi che può essere utilizzata per idrolizzare i mwyqgrassi in mwygpazienti affetti da mwywmalattie mwzagastrointestinali croniche,cite-ref-18[18] e l'mw0qamilasi, che può essere impiegata per idrolizzare l'mw0gamido in pazienti affetti da insufficienza mw0wpancreatica.cite-ref-19[19]cite-ref-20[20]
Inoltre producono enzimi fibrinolitici, prevalentemente mw3gproteasi della famiglia delle mw3wsubtilisine,cite-ref-21[21] che sono spesso utilizzati per la mw5aterapia mw5qtrombolitica. Tra questi si includono la subtilisina DFE, una mw5gserin proteasi espressa nei ceppi di mw5wB. subtilis WB600,cite-ref-22[22] le proteinasi QK-1 e QK-2 derivate da mw7qB. subtilis QK02,cite-ref-23[23] subtilisina-proteinasi simile di mw8gB. subtilis TP-6 e serina proteinasi di mw8wB. pumilus 7P, tra gli altri. Esistono ceppi che producono enzimi con proprietà mw9aanticoagulanti, come la già menzionata subtilisina-proteinasi simile e la glutamil endopeptidasi di mw9gB. pumilus 7P.cite-ref-5-24-0[24]
Questi enzimi variano in termini di mw-apeso molecolare e mw-qsubstrati specifici, e possono essere incapsulati in nanocapsule per ottenere una maggiore stabilità, facilitando la mw-wsomministrazione orale.cite-ref-25[25] Esistono anche proteinasi che agiscono sulle mwaqqplacche amiloidi formate da peptidi Aβ di 42 residui di aminoacidi, come quelle prodotte nel mwaqumorbo di Alzheimer. È il caso della glutamil endopeptidasi, della subtilisina-simile proteinasi e della mwaqymetalloproteinasi prodotte da mwaqcB. pumilus 7P, che scindono i peptidi Aβ formando peptidi non patogeni privi della capacità di formare placche,cite-ref-5-24-1[24] e della nattokinasi (o subtilina NAT) da mwaq0B. subtilis natto.cite-ref-26[26]
Enzimi come la cheratinasi di diversi ceppi di mwarqB. licheniformis sono stati osservati nel degradare la proteina prodotta nell'mwaruencefalopatia spongiforme bovina (PrPsc).cite-ref-27[27]cite-ref-28[28]
Come altri generi batterici (es. mwar8mwasaPseudomonas, mwasemwasiAcinetobacter e mwasmmwasqSerratia) anche alcune specie del genere mwasuBacillus producono enzimi con attività anti-biofilm. È il caso di mwasyB. licheniformis, in cui è stata osservata la produzione di proteasi B,cite-ref-29[29] alcalasi, una serina endopeptidasi,cite-ref-30[30] e dell'endonucleasi NucB.cite-ref-6-31-0[31]cite-ref-32[32]
Similmente ad altri organismi di biocontrollo, i mwauyBacillus spp. sono stati osservati produrre enzimi litici. Ad esempio, il ceppo BT42 produce mwaucbeta-1,3-glucanasi che degradano le pareti cellulari di mwaugfunghi come mwaukmwauoC. gloeosporoides e mwausmwauwF. oxysporum, causando la lisi cellulare.cite-ref-35[35] Inoltre, specie di questo genere possono produrre enzimi coinvolti nel quorum quenching (QQ).cite-ref-7-36-0[36] Specie come mwavyB. amyloliquefaciens, mwavcB. licheniformis e mwavgB. subtilis sono state identificate come fonti di amilasi e proteasi.cite-ref-37[37]
Composti inorganici volatili
È stato osservato che mwav8B. licheniformis è un mwawabatterio denitrificante che genera Nmwawe2, successivamente utilizzato da batteri mwawiazotofissatori.cite-ref-38[38]
Composti organici volatili
La produzione di un ampio spettro di composti volatili con attività antifungina è stata osservata in ceppi di mwawkB. amyloliquefaciens, mwawoB. subtilis e mwawsB. pumilus,cite-ref-39[39]cite-ref-40[40] così come in ceppi di B. amyloliquefaciens, B. pumilus e B. cereus con vari gradi di attività antibatterica.cite-ref-41[41]
Sporulazione
La maggior parte delle specie forma mwaxoendospore in risposta a mwaxsstress mwaxwnutrizionali o mwax0ambientali, che sono mwax4resistenti al mwax8calore, al mwayafreddo, alle mwayeradiazioni ionizzanti, alla mwayidisidratazione e a molti mwaymdisinfettanti.cite-ref-42[42]cite-ref-43[43]cite-ref-44[44] Le spore possono essere mwazaovali, mwazecilindriche o mwaziellissoidali, e persino a forma di mwazmrene o mwazqbanana in alcuni ceppi di determinate specie, con localizzazioni centrali, subterminali o terminali, senza deformare il corpo batterico.cite-ref-2-7-2[7]
La capacità di formare mwazospore resistenti a condizioni di stress fornisce un mwazsvantaggio significativo rispetto ad altri generi, con differenze osservabili nei tassi di sporulazione e nella struttura delle spore tra le diverse specie.cite-ref-4-11-2[11] In particolare, la specie mwaaaB. subtilis è stata studiata come modello per il processo di sporulazione.cite-ref-4-11-3[11]
La spora possiede una struttura complessa che si differenzia dalla mwaaycellula vegetativa. La sintesi dei vari strati che costituiscono la spora è un processo graduale che inizia poco dopo la fase di septazione. È composta da un sottile strato esterno di natura mwaacglicoproteica chiamato mwaagesosporio, presente solo in alcune specie. In mwaakB. cereus, mwaaoB. anthracis e mwaasB. thuringiensis, l'esosporio presenta proiezioni simili a mwaawpeli.cite-ref-8-45-0[45]
L'esosporio contribuisce alla protezione contro mwabimacromolecole, come enzimi idrolitici e mwabmanticorpi, e conferisce alla spora resistenza allo mwabqstress ossidativo prodotto dai mwabumacrofagi.cite-ref-46[46] Sotto questo strato si trovano numerosi strati proteici chiamati rivestimento della spora (mwabospore coat), cruciali per la resistenza ai mwabsprodotti chimici e con grande diversità proteica tra gli individui.cite-ref-8-45-1[45]cite-ref-47[47]
Tra questi due strati si trova lo spazio intermedio.cite-ref-8-45-2[45] Sotto il rivestimento si trova la membrana esterna, che funge da barriera a mwackpermeabilità mwacoselettiva. Successivamente si trova la corteccia, composta da mwacspeptidoglicano con caratteristiche uniche, come mwacwlegami lassi e la presenza di mwac0muramico δ-lattame (MAL). Al di sotto della corteccia si trova il mwac4nucleo della spora o mwac8mwadaprotoplasto, che contiene una struttura simile a una cellula vegetativa. Questo nucleo include una mwadeparete cellulare, una mwadimembrana citoplasmatica (membrana interna della spora) e mwadmcitoplasma, in cui si trovano il mwadqDNA, i mwaduribosomi e la maggior parte degli mwadyenzimi della spora.cite-ref-6-31-1[31]
All'interno della spora è presente una sostanza caratteristica, il calcio dipicolinato (CaDPA). Il protoplasto della spora contiene solo il 10-30% del contenuto d'mwad0acqua della cellula vegetativa, conferendo resistenza al calore, ai prodotti chimici (es. mwad4perossido di idrogeno) e inattivando alcuni enzimi presenti nella spora. Inoltre, la resistenza al calore è dovuta alla presenza di una corteccia funzionale e di enzimi di riparazione del DNA attivi sotto calore estremo, come mwad8RecA.cite-ref-8-45-3[45]
Un'altra caratteristica delle spore è che il loro pH è di un'unità inferiore rispetto a quello della cellula vegetativa, e presentano proteine specifiche chiamate mwaeuproteine spore-acido-solubili (mwaecSASPs). Le SASPs si legano al DNA, proteggendolo dalle mwaegradiazioni, dal calore e dalla disidratazione, e fungono da fonte di mwaekcarbonio ed mwaeoenergia per la cellula durante la mwaesgerminazione. Nel caso di mwaewB. subtilis, è stata osservata la presenza di CotA, una mwae0laccasi dipendente dal mwae4rame, nella parte esterna del rivestimento, che contribuisce alla protezione contro i mwae8raggi UV e il perossido.cite-ref-48[48]
Il tempo necessario per sviluppare il processo di sporulazione può variare tra specie e anche tra ceppi. Alcuni microrganismi hanno alti tassi di sporulazione, mentre altri mostrano tassi più bassi.cite-ref-4-11-4[11] Larsen et al. hanno studiato la percentuale di sporulazione in ceppi appartenenti a diverse specie del genere mwafkBacillus, osservando migliori tassi di sporulazione a 72 mwafoore in ceppi di mwafsB. amyloliquefaciens subsp. plantarum, mwafwB. mojavensis e mwaf0B. subtilis.cite-ref-49[49]
Genetica
È stato dimostrato che il 93,93mwagq% dei membri del genere Bacillus contiene copie multiple del gene dell'rRNA 16S, e il 55,32% degli mwagualleli 16S è identico a quelli di altre specie.cite-ref-50[50] Mentre mwagogyrA1 e mwagsgyrA2 rilevano principalmente mwagwB. subtilis, mwag0gyrA3 è in grado di identificare almeno mwag492 specie di mwag8Bacillus, includendo varie specie appartenenti a entrambi i cladi e ai taxa correlati. Inoltre, mwahagyrA3 ha permesso un clustering più dettagliato a livello di sottospecie per mwaheB. amyloliquefaciens, mwahiB. pumilus e mwahmB. megaterium, un livello di risoluzione non raggiunto per mwahqB. anthracis.cite-ref-4-11-5[11]
Le limitazioni nell'identificazione delle specie sono legate all'elevata mwahovariabilità delle sequenze dei mwahsgeni housekeeping codificanti proteine, che complica lo sviluppo di mwahwprimer universali per il sequenziamento.cite-ref-51[51] Recentemente, Xu et al. hanno progettato primer per il gene che codifica il fattore di allungamento termo-instabile (EF-Tu).cite-ref-52[52] Questi primer erano specifici per il genere Bacillus e sono stati in grado di differenziare con successo le specie sia mwaiyin silico che mwaicin vitro.cite-ref-4-11-6[11]
I fattori di mwai0virulenza dei membri mwai4patogeni del gruppo sono principalmente codificati su mwai8plasmidi, che possono essere persi. Inoltre, questi fattori di virulenza possono essere condivisi tra specie, complicando la diagnosi attraverso metodi molecolari tradizionali, come la mwajaPCR.cite-ref-53[53]
Distribuzione e habitat
Questi mwajcmicrorganismi sono mwajgubiquitari e possono essere isolati da diversi ambienti, più comunemente dal mwajksuolo e dalle mwajopiante. Tuttavia, altre fonti includono mwajsalimenti, campioni clinici, origini mwajwanimali e mwaj0ambienti marini.cite-ref-4-11-7[11]
Tassonomia
Per anni, il genere Bacillus ha racchiuso un gruppo eterogeneo di individui il cui tratto comune principale era la capacità di mwakqsporulare in presenza di mwakuossigeno.cite-ref-54[54] Questo criterio è stato rivisto, portando alla riclassificazione di diverse specie in nuovi generi e alla ridefinizione delle caratteristiche dei membri di questo mwakotaxon. La revisione del genere è stata condotta attraverso studi sull'mwaksrRNA 16S, che hanno permesso la caratterizzazione di gruppi mwakwfilogenetici successivamente riclassificati.cite-ref-4-11-8[11]
Attualmente il genere comprende mwali435 specie e mwalm12 mwalqsottospecie che sono raggruppate in base all'analisi dell'rRNA, di altri mwalugeni e sequenze mwalyproteiche, in due cladi distinti organizzati in mwalcalberi filogenetici che non sono filogeneticamente correlati tra loro.cite-ref-55[55] Per quanto riguarda le metodologie mwalwproteomiche, la mwal0spettrometria di massa (MALDI-TOF), utilizzata sia da sola che in combinazione con altre tecniche, si è dimostrata utile per l'identificazione di microrganismi provenienti da entrambi i cladi.cite-ref-56[56]cite-ref-57[57] Tuttavia, la preparazione del mwamycampione rimane un fattore critico.cite-ref-58[58]cite-ref-59[59]
Il primo, denominato mwanaBacillus sensu stricto, inizialmente comprendeva mwaneB. subtilis, mwaniB. licheniformis, mwanqB. pumilus e mwanyB. amyloliquefaciens, ma successivamente ha incorporato nuove specie correlate a queste. Il clade Cereus, mwangBacillus cereus sensu lato, è costituito da specie patogene (mwankmwanoB. anthracis, mwansB. cereus e mwanwB. thuringiensis), oltre ad altre di rilevanza per l'mwan0agricoltura e l'mwan4industria.cite-ref-4-11-9[11]
Il genere è soggetto a continue modifiche e ha recentemente validato specie come mwaoqB. arachidis, B. changyiensis, B. dafuensis, B. daqingensis, B. dicomae e mwaouB. basilensis.cite-ref-60[60]
Il quadro proposto delinea sette genomospecie:cite-ref-61[61]
1. mwapiBacillus pseudomycoides,
2. mwapqBacillus paramycoides,
3. mwapyBacillus mosaicus,
4. mwapgBacillus cereus sensu stricto,
5. mwapoBacillus toyonensis,
6. mwapwBacillus mycoides,
7. mwap4Bacillus cytotoxicus
8. mwaqaBacillus luti
Applicazioni
Le specie di questa classe sono note per la loro capacità di produrre sostanze mwaqmantimicrobiche, mwaqqenzimi litici e mwaqucomposti organici volatili, ciascuno con applicazioni diverse, ad esempio come alternative all'uso di agrochimici per il controllo dei fitopatogeni.cite-ref-7-36-1[36] È stato osservato che agiscono sulle colture secernendo eso-polisaccaridi e mwaqssiderofori, i quali inibiscono il movimento di mwaqwioni mwaq0tossici e favoriscono il trasporto di acqua nei mwaq4tessuti mwaq8vegetali, migliorando così la crescita delle piante.cite-ref-62[62]
Gli enzimi prodotti dai mwaruBacillus spp. possono essere utilizzati come mwaryadditivi incorporati nei mwarcmangimi per animali. Sono state sviluppate formulazioni commerciali che includono mwargfitasi, proteasi, α-galattosidasi, mwaroxilanasi e mwarsα-amilasi, utilizzate nella produzione mwarwsuina e mwar0avicola.cite-ref-63[63] Alcune specie sono utilizzate come mwasiprobiotici.cite-ref-4-11-10[11]
Grazie alla loro elevata resistenza, le spore del genere sono diventate prodotti di interesse in mwasgbiotecnologia. Quelle del mwaskB. subtilis vengono utilizzate come piattaforma per la produzione di proteine ricombinanti, inclusi mwasovaccini, adiuvanti vaccinali e la produzione di nanocorpi, nonché come piattaforma per aumentare la mwas0stabilità termica di alcuni enzimi.cite-ref-64[64]
Altri composti prodotti da specie di questo genere vengono utilizzati in mwatmmedicina mwatqumana, nella produzione di mwatubiomateriali o a livello industriale per sostanze come mwatydetergenti o enzimi impiegati nelle mwatcindustrie tessili e della mwatgcarta, ad esempio l'mwatkalfa-amilasi. Specie come mwatoB. subtilis sono state mwatsmanipolate geneticamente per produrre queste sostanze su larga scala.cite-ref-9-65-0[65]
mwaueB. subtilis ricopre un ruolo importante in diversi settori, come mwauialimentare, mwaumcosmetico, mwauqchimico e mwauufarmaceutico, come produttore di mwauyvitamine (mwaucB1, mwaugB2, mwaukB5, mwauoB6, mwausB7 e mwauwK), mwau0acido ialuronico e mwau4N-acetilglucosamina.cite-ref-9-65-1[65] Mentre il mwavmB. thuringiensis è utilizzato nel controllo mwavqentomologico poiché produce mwavuesotossine ed mwavyendotossine tossiche per diversi mwavcordini di mwavginsetti, mwavkacari e persino mwavonematodi.cite-ref-66[66]
Note
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