BACILLUS THURINGIENSIS: CIRI, MORFOLOGI, KITARAN HIDUP - BIOLOGI - 2026

Bacillus thuringiensis adalah bakteria yang tergolong dalam kumpulan besar bakteria gram positif, beberapa patogen dan yang lain tidak berbahaya. Ia adalah salah satu bakteria yang paling banyak dikaji kerana kegunaannya dalam pertanian.

Kegunaan ini terletak pada kenyataan bahawa bakteria ini mempunyai keanehan menghasilkan kristal semasa fasa sporulasi yang mengandungi protein yang ternyata beracun kepada serangga tertentu yang merupakan perosak sejati untuk tanaman.

Kristal toksin B. thuringiensis. Oleh Jim Buckman dikreditkan dan pemunggah asalnya adalah PRJohnston. (w: en: Gambar: Bacillus thuringiensis.JPG), melalui Wikimedia Commons

Di antara ciri Bacillus thuringiensis yang paling menonjol adalah kekhususannya yang tinggi, tidak berbahaya bagi manusia, tumbuh-tumbuhan dan haiwan, serta tingginya tingginya. Sifat-sifat ini memungkinkannya meletakkan dirinya sebagai salah satu pilihan terbaik untuk rawatan dan pengawalan perosak yang menimpa tanaman.

Kejayaan penggunaan bakteria ini menjadi nyata pada tahun 1938 ketika racun perosak pertama yang dihasilkan dengan spora muncul. Sejak itu sejarahnya sudah lama dan melaluinya Bacillus thuringiensis telah disahkan sebagai salah satu pilihan terbaik dalam menangani perosak pertanian.

Taksonomi

Pengelasan taksonomi Bacillus thuringiensis adalah:

Domain: Bakteria

Filum: Firmicutes

Kelas: Bacilli

Pesanan: Bacillales

Keluarga: Bacillaceae

Genus: Bacillus

Spesies: Bacillus thuringiensis

Morfologi

Mereka adalah bakteria berbentuk batang dengan hujung bulat. Mereka menunjukkan corak flagel pertric, dengan flagella diedarkan ke seluruh permukaan sel.

Ia mempunyai dimensi 3-5 mikron panjang dengan lebar 1-1.2 mikron. Dalam budaya eksperimen mereka, koloni melingkar diperhatikan, dengan diameter 3-8 mm, dengan tepi biasa dan penampilan "kaca tanah".

Apabila diperhatikan di bawah mikroskop elektron, sel memanjang khas diperhatikan, bersatu dalam rantai pendek.

Bakteria spesies ini menghasilkan spora yang mempunyai bentuk elipsoidal yang khas dan terletak di bahagian tengah sel, tanpa menyebabkan ubah bentuknya.

Ciri umum

Pertama, Bacillus thuringiensis adalah bakteria gram positif, yang bermaksud bahawa apabila menjalani proses pewarnaan Gram, ia memperoleh warna ungu.

Begitu juga, ia adalah bakteria yang dicirikan oleh kemampuannya untuk menjajah pelbagai persekitaran. Adalah mungkin untuk mengasingkannya pada semua jenis tanah. Ia memiliki sebaran geografi yang luas, telah dijumpai bahkan di Antartika, salah satu persekitaran yang paling bermusuhan di planet ini.

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

Dalam urat yang sama, Bacillus thuringiensis positif katalase, mampu menguraikan hidrogen peroksida ke dalam air dan oksigen.

Apabila ia telah tumbuh pada medium agar darah, pola hemolisis beta telah diperhatikan, yang bermaksud bahawa bakteria ini mampu memusnahkan eritrosit secara total.

Mengenai keperluan persekitarannya untuk pertumbuhan, ia memerlukan suhu antara 10 - 15 ° C hingga 40 -45 ° C. Begitu juga, pH optimumnya adalah antara 5.7 dan 7.

Bacillus thuringiensis adalah bakteria aerobik yang ketat. Ia mesti berada di persekitaran dengan ketersediaan oksigen yang mencukupi.

Ciri khas Bacillus thuringiensis adalah bahawa semasa proses sporulasi, ia menghasilkan kristal yang terdiri daripada protein yang dikenali sebagai toksin delta. Dalam dua kumpulan ini telah dikenalpasti: Cry dan Cyt.

Toksin ini mampu menyebabkan kematian serangga tertentu yang merupakan perosak sejati untuk pelbagai jenis tanaman.

Kitaran hidup

B. thuringiensis mempunyai kitaran hidup dengan dua fasa: salah satunya dicirikan oleh pertumbuhan vegetatif, yang lain oleh sporulasi. Yang pertama terjadi dalam keadaan yang baik untuk pembangunan, seperti lingkungan yang kaya dengan nutrien, yang kedua dalam keadaan yang tidak baik, dengan kekurangan substrat makanan.

Larva serangga seperti rama-rama, kumbang atau lalat, antara lain, ketika memakan daun, buah-buahan atau bahagian tanaman lain, dapat menelan endospora bakteria B. thuringiensis.

Di saluran pencernaan serangga, kerana ciri alkali, protein kristal bakteria dilarutkan dan diaktifkan. Protein mengikat reseptor pada sel usus serangga, membentuk liang yang mempengaruhi keseimbangan elektrolit, menyebabkan kematian serangga tersebut.

Oleh itu, bakteria menggunakan tisu serangga yang mati untuk memberi makan, membiak dan membentuk spora baru yang akan menjangkiti inang baru.

Toksin

Toksin yang dihasilkan oleh B. thuringiensis mempunyai tindakan yang sangat spesifik pada invertebrata dan tidak berbahaya pada vertebrata. Kemasukan parasporal B. thuringensis mempunyai pelbagai protein dengan aktiviti yang pelbagai dan sinergis.

B. thuringienisis mempunyai pelbagai faktor virulensi yang meliputi, selain delot endotoksin Cry dan Cyt, eksotoksin alfa dan beta tertentu, kitinase, enterotoksin, fosfolipase dan hemolysin, yang meningkatkan kecekapannya sebagai entomopatogen.

Kristal protein toksik B. thuringiensis terdegradasi di dalam tanah oleh tindakan mikroba dan dapat didenaturasi oleh kejadian sinaran matahari.

Kegunaan dalam kawalan perosak

Potensi entomopatogenik Bacillus thuringiensis telah dieksploitasi selama lebih dari 50 tahun dalam melindungi tanaman.

Berkat perkembangan bioteknologi dan kemajuan di dalamnya, kemungkinan penggunaan kesan toksik ini melalui dua jalan utama: pengeluaran racun perosak yang digunakan secara langsung pada tanaman dan penciptaan makanan transgenik.

Mekanisme tindakan toksin

Untuk memahami kepentingan bakteria ini dalam pengendalian perosak, penting untuk mengetahui bagaimana toksin menyerang tubuh serangga.

Mekanisme tindakannya terbahagi kepada empat tahap:

Pelarutan dan pemprosesan protoxin Cry : kristal yang ditelan oleh larva serangga larut di dalam usus. Dengan tindakan protease yang ada, mereka berubah menjadi toksin aktif. Toksin ini melintasi apa yang disebut membran peritrofik (membran pelindung sel epitel usus).

Mengikat reseptor : toksin mengikat ke lokasi tertentu yang terletak di mikrovili sel usus serangga.

Memasukkan ke dalam membran dan pembentukan liang : Protein Cry memasukkan ke dalam membran dan menyebabkan pemusnahan tisu sepenuhnya melalui pembentukan saluran ion.

Sitolisis : kematian sel usus. Ini berlaku melalui beberapa mekanisme, yang paling terkenal ialah sitolisis osmotik dan ketidakaktifan sistem yang mengekalkan keseimbangan pH.

Bacillus thuringiensis

Setelah kesan toksik protein yang dihasilkan oleh bakteria tersebut disahkan, potensi penggunaannya dalam pengendalian perosak pada tanaman telah dikaji.

Banyak kajian telah dilakukan untuk menentukan sifat racun perosak racun yang dihasilkan oleh bakteria ini. Kerana hasil positif dari penyelidikan ini, Bacillus thuringiensis telah menjadi racun serangga biologi yang paling banyak digunakan di seluruh dunia untuk mengawal perosak yang merosakkan dan memberi kesan negatif kepada pelbagai tanaman.

Sumber: Pixabay.com

Bioinsektisida berasaskan Bacillus thuringiensis telah berkembang dari masa ke masa. Dari yang pertama yang hanya mengandungi spora dan kristal, hingga yang dikenali sebagai generasi ketiga yang mengandungi bakteria rekombinan yang menghasilkan toksin bt dan yang mempunyai kelebihan seperti menjangkau tisu tumbuhan.

Kepentingan toksin yang dihasilkan oleh bakteria ini adalah bahawa ia tidak hanya berkesan terhadap serangga, tetapi juga terhadap organisma lain seperti nematoda, protozoa dan trematoda.

Penting untuk menjelaskan bahawa racun ini sama sekali tidak berbahaya pada jenis makhluk hidup lain seperti vertebrata, kumpulan yang menjadi milik manusia. Ini kerana keadaan dalaman sistem pencernaan tidak sesuai untuk percambahan dan kesannya.

Bacillus thuringiensis

Berkat kemajuan teknologi, terutama perkembangan teknologi DNA rekombinan, telah memungkinkan untuk membuat tanaman yang secara genetik kebal terhadap kesan serangga yang mendatangkan malapetaka pada tanaman. Tumbuhan ini dikenali secara umum sebagai makanan transgenik atau organisma yang diubahsuai secara genetik.

Teknologi ini terdiri daripada mengenal pasti dalam genom bakteria urutan gen yang menyandikan ekspresi protein toksik. Gen-gen ini kemudiannya dipindahkan ke genom tumbuhan untuk dirawat.

Apabila tanaman tumbuh dan berkembang, ia mula mensintesis racun yang sebelumnya dihasilkan oleh Bacillus thuringiensis, sehingga kebal terhadap tindakan serangga.

Terdapat beberapa kilang di mana teknologi ini telah digunakan. Antaranya ialah jagung, kapas, kentang, dan kacang soya. Tanaman ini dikenali sebagai jagung bt, kapas bt, dll.

Sudah tentu, makanan transgenik ini menimbulkan kerisauan penduduk. Namun, dalam sebuah laporan yang diterbitkan oleh Badan Alam Sekitar Amerika Syarikat ditentukan bahawa makanan ini, hingga kini, belum menunjukkan jenis toksisitas atau kerosakan, baik pada manusia maupun pada hewan yang lebih tinggi.

Kesan pada serangga

Kristal B. thuringiensis larut dalam usus serangga dengan pH tinggi dan protoxin, dan enzim dan protein lain dilepaskan. Oleh itu, protoxin menjadi toksin aktif yang mengikat molekul reseptor khusus pada sel-sel usus.

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

Kerana tindakan toksin, kerosakan serius berlaku pada tisu usus yang menghalang fungsinya, mempengaruhi asimilasi nutrien.

Usus 'Caenorhabditis elegans' dijangkiti 'Bacillus thuringiensis'. Sumber: www.researchgate.net

Telah dianggap bahwa kematian serangga dapat disebabkan oleh percambahan spora dan percambahan sel vegetatif di hemocele serangga.

Walau bagaimanapun, dianggap bahawa kematian akan lebih bergantung pada tindakan bakteria komensal yang hidup di usus serangga dan bahawa setelah tindakan toksin B. thuringiensis, mereka akan mampu menyebabkan septikemia.

Toksin B. thuringiensis tidak mempengaruhi vertebrata, kerana pencernaan makanan pada yang terakhir berlaku dalam media berasid, di mana toksin tidak diaktifkan.

Kekhususannya yang tinggi pada serangga menonjol, terutama terkenal dengan Lepidoptera. Ia dianggap tidak berbahaya bagi sebahagian besar entomofauna dan tidak mempunyai tindakan berbahaya pada tanaman, iaitu, tidak fitotoksik.

Rujukan

1. Hoffe, H. dan Whiteley, H. (1989, Jun). Protein Kristal serangga Bacillus thuringiensis. Kajian Mikrobiologi. 53 (2). 242-255.
2. Martin, P. dan Travers, R. (1989, Oktober). Kelimpahan dan Pengagihan Mikrobiologi Gunaan dan Alam Sekitar 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 Khusus, Selamat dan Berkesan untuk Pengawalan Serangga Serangga. Jurnal Mikrobiologi dan Bioteknologi.17 (4). 547-559
4. Sauka, D. dan Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: umum. Pendekatan penggunaannya dalam biokontrol serangga lepidopteran yang merupakan perosak 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 Racunnya. Ulasan Mikrobiologi dan Biologi Molekul. 62 (3). 775-806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. dan Villalobos, S. (2018, Januari). Genus Bacillus sebagai agen kawalan biologi dan implikasinya terhadap biosekuriti pertanian. Jurnal Fitopatologi Mexico. Penerbitan dalam talian.