Bacillus Cohn, 1872 è un genere di batteri appartenenti alla famiglia Bacillaceae, phylum Bacillota.
Etimologia Ba.cil’lus è un termine latino che significa "bastoncino".
Storia Il genere venne creato nel 1872 da Cohn, che rinominò Vibrio subtilis come Bacillus subtilis, una specie tipo di questo gruppo tassonomico. Entro il 2018, il genere comprendeva più di 280 specie, tuttavia, è stata osservata un'estesa polifilia tra molti dei suoi membri, che avevano poco in comune.
Biologia Il genere è composto da batteri con una morfologia a bastoncino, dritta o leggermente curva, di dimensioni variabili da 0,5 - 2,5 µm di diametro e 1,2 - 10 µm di lunghezza, che possono presentarsi singolarmente o in catene di lunghezza variabile. La maggior parte delle specie sono gram-positivi, con alcune eccezioni che risultano gram-variabili.
Sono generalmente mobili grazie alla presenza di flagelli peritrichi, con l'eccezione di B. anthracis e di alcuni ceppi di B. cereus. La formazione di caspule si osserva in alcuni ceppi in condizioni particolari ed è di natura polisaccaridica per B. mycoides e B. pumilus, mentre B. anthracis, B. subtilis e B. licheniformis producono capsule di acido poli-ɤ-D-glutammico. Inoltre, B. anthracis e alcuni ceppi di B. cereus producono uno strato S.
Metabolismo Il genere comprende batteri aerobi, tuttavia, alcuni membri sono anaerobi facoltativi. Non sono particolarmente esigenti dal punto di vista nutrizionale. Le specie di Bacillus crescono su agar nutriente o su terreni a base di peptone, mostrando una crescita ideale a un pH neutro. Tuttavia, alcune specie possono crescere a un pH di 9, mentre altre tollerano un pH di 2. La loro temperatura di crescita varia da 10 a 45 °C, con una crescita ottimale compresa tra 30 e 40 °C.
Alcune specie possono crescere in presenza di concentrazioni di NaCl superiori al 7% (p/v). La morfologia delle colonie è variabile e alcune specie possono produrre pigmenti in condizioni di coltura specifiche. Sono microrganismi chemioorganotrofi, in grado di metabolizzare sostanze organiche come amminoacidi, acidi organici e zuccheri attraverso la respirazione aerobica e anaerobica o la fermentazione, a seconda della specie e dell'ambiente.
Prodotti È stato osservato che i Bacillus spp. possono produrre diversi composti antimicrobici che variano nella loro natura chimica, inclusi peptidi ribosomiali, polichetidi, molecole di piccoli peptidi non ribosomiali, lipopeptidi, enzimi e composti volatili sia organici che inorganici.
Peptidi Esempi di batteriocine includono la subtilisina, un lantibiotico ampiamente studiato sintetizzato da B. subtilis, che forma pori nella membrana citoplasmatica dei batteri Gram-positivi, consentendo l'efflusso di ioni e metaboliti, portando al collasso del potenziale di membrana.
La lichenina, una batteriocina di classe II prodotta dal ceppo 26L-10/3RA di B. licheniformis, è idrofobica e sensibile all'ossigeno, mostrando attività antagonista sia contro batteri Gram-positivi che Gram-negativi. Un altro esempio è l'amilociclina, una batteriocina di classe I prodotta dal ceppo FZB42 di B. amyloliquefaciens, che mostra attività antagonista contro batteri Gram-positivi correlati.
Polichetidi I polichetidi (PK) prodotti dai Bacillus spp. possono essere PK stessi o ibridi di PK e peptidi non ribosomiali (NRPs). Tre tipi di polichetidi prodotti da B. subtilis sono riconosciuti: bacillomicina, difficidina e macrolattina, tutti con attività antibatterica mediante l'inibizione della sintesi proteica.
Lipopeptidi Recentemente è stato isolato il ceppo Bacillus amyloliquefaciens LPB-18, capace di produrre fengicine e le loro isoforme, mostrando un'efficace inibizione di A. flavus e F. oxysporum. Inoltre, questo ceppo ha mostrato caratteristiche di un potenziale probiotico grazie alla sua tolleranza a condizioni acide e ai sali biliari, rendendolo un eccellente candidato per ceppi biologici nei prodotti agricoli e nei mangimi per animali.
Enzimi Membri del genere producono la lipasi che può essere utilizzata per idrolizzare i grassi in pazienti affetti da malattie gastrointestinali croniche, e l'amilasi, che può essere impiegata per idrolizzare l'amido in pazienti affetti da insufficienza pancreatica.
Inoltre producono enzimi fibrinolitici, prevalentemente proteasi della famiglia delle subtilisine, che sono spesso utilizzati per la terapia trombolitica. Tra questi si includono la subtilisina DFE, una serin proteasi espressa nei ceppi di B. subtilis WB600, le proteinasi QK-1 e QK-2 derivate da B. subtilis QK02, subtilisina-proteinasi simile di B. subtilis TP-6 e serina proteinasi di B. pumilus 7P, tra gli altri. Esistono ceppi che producono enzimi con proprietà anticoagulanti, come la già menzionata subtilisina-proteinasi simile e la glutamil endopeptidasi di B. pumilus 7P.
Questi enzimi variano in termini di peso molecolare e substrati specifici, e possono essere incapsulati in nanocapsule per ottenere una maggiore stabilità, facilitando la somministrazione orale. Esistono anche proteinasi che agiscono sulle placche amiloidi formate da peptidi Aβ di 42 residui di aminoacidi, come quelle prodotte nel morbo di Alzheimer. È il caso della glutamil endopeptidasi, della subtilisina-simile proteinasi e della metalloproteinasi prodotte da B. pumilus 7P, che scindono i peptidi Aβ formando peptidi non patogeni privi della capacità di formare placche, e della nattokinasi (o subtilina NAT) da B. subtilis natto.
Enzimi come la cheratinasi di diversi ceppi di B. licheniformis sono stati osservati nel degradare la proteina prodotta nell'encefalopatia spongiforme bovina (PrPsc).
Come altri generi batterici (es. Pseudomonas, Acinetobacter e Serratia) anche alcune specie del genere Bacillus producono enzimi con attività anti-biofilm. È il caso di B. licheniformis, in cui è stata osservata la produzione di proteasi B, alcalasi, una serina endopeptidasi, e dell'endonucleasi NucB.
Descrizione Le specie di Bacilli sono aerobi obbligati, e risultano positivi al test per l'enzima catalasi. Presente ovunque in natura, il Bacillo include specie patogene e non. In condizioni ambientali stressanti, le cellule producono endospore ovali che possono restare dormienti per periodi prolungati. Queste caratteristiche definiscono in modo originale la classe, ma non tutte le specie sono strettamente imparentate, e molte sono state spostate ad altri generi.
Due specie di bacillo sono considerati medicalmente significativi: il B. anthracis, che provoca l'antrace il B. cereus, che causa un'intossicazione alimentare simile a quella provocata dallo Stafilococco. Una terza specie, il B. thuringiensis, è un importante agente patogeno degli insetti ed è talvolta adoperato per controllare gli insetti nocivi. La specie principale è il B. subtilis, un importante modello di organismo. È anche un notevole deterioratore di cibo, così come il B. coagulans. Il B. clausii è invece utilizzato come probiotico.
Rilevamento del bacillo
Un semplice modo per isolare il bacillo è mettere della terra non sterile in una provetta con acqua, agitare, mettere in Agar sale mannitolo mescolato e incubare a temperatura ambiente per almeno un giorno. Le colonie sono solitamente grandi, di forma irregolare e diffusa. Sotto il microscopio il Bacillus appare come un bastoncino ed una parte sostanziale contiene di solito un'endospora ovale ad una estremità, rendendolo gonfio.
Tassonomia Si riporta di seguito la lista delle specie assegnate al genere Bacillus:
B. abyssalis B. acidiceler B. acidicola B. acidiproducens B. acidocaldarius B. acidoterrestris B. aeolius B. aerius B. aerophilus B. agaradhaerens B. agri B. aidingensis B. akibai B. alcalophilus B. algicola B. alginolyticus B. alkalidiazotrophicus B. alkalinitrilicus B. alkalisediminis B. alkalitelluris B. altitudinis B. alveayuensis B. alvei B. amyloliquefaciens B. a. subsp. amyloliquefaciens B. a. subsp. plantarum B. amylolyticus B. andreesenii B. aneurinilyticus B. anthracis B. aquimaris B. arenosi B. arseniciselenatis B. arsenicus B. aurantiacus B. arvi B. aryabhattai B. asahii B. atrophaeus B. axarquiensis B. azotofixans B. azotoformans B. badius B. barbaricus B. bataviensis B. beijingensis B. benzoevorans B. beringensis B. berkeleyi B. beveridgei B. bogoriensis B. boroniphilus B. borstelensis B. brevis Migula B. butanolivorans B. canaveralius B. carboniphilus B. cecembensis B. cellulosilyticus B. centrosporus B. cereus B. chagannorensis B. chitinolyticus B. chondroitinus B. choshinensis B. chungangensis B. cibi B. circulans B. clarkii B. clausii B. coagulans B. coahuilensis B. cohnii B. composti B. curdlanolyticus B. cycloheptanicus B. cytotoxicus B. daliensis B. decisifrondis B. decolorationis B. deserti B. dipsosauri B. drentensis B. edaphicus B. ehimensis B. eiseniae B. enclensis B. endophyticus B. endoradicis B. farraginis B. fastidiosus B. fengqiuensis B. firmus B. flexus B. foraminis B. fordii B. formosus B. fortis B. fumarioli B. funiculus B. fusiformis B. galactophilus B. galactosidilyticus B. galliciensis B. gelatini B. gibsonii B. ginsengi B. ginsengihumi B. ginsengisoli B. globisporus B. g. subsp. globisporus B. g. subsp. marinus B. glucanolyticus B. gordonae B. gottheilii B. graminis B. halmapalus B. haloalkaliphilus B. halochares B. halodenitrificans B. halodurans B. halophilus B. halosaccharovorans B. hemicellulosilyticus B. hemicentroti B. herbersteinensis B. horikoshii B. horneckiae B. horti B. huizhouensis B. humi B. hwajinpoensis B. idriensis B. indicus B. infantis B. infernus B. insolitus B. invictae B. iranensis B. isabeliae B. isronensis B. jeotgali B. kaustophilus B. kobensis B. kochii B. kokeshiiformis B. koreensis B. korlensis B. kribbensis B. krulwichiae B. laevolacticus B. larvae B. laterosporus B. lautus B. lehensis B. lentimorbus B. lentus B. licheniformis B. ligniniphilus B. litoralis B. locisalis B. luciferensis B. luteolus B. luteus B. macauensis B. macerans B. macquariensis B. macyae B. malacitensis B. mannanilyticus B. marinus B. marisflavi B. marismortui B. marmarensis B. massiliensis B. megaterium B. mesonae B. methanolicus B. methylotrophicus B. migulanus B. mojavensis B. mucilaginosus B. muralis B. murimartini B. mycoides B. naganoensis B. nanhaiensis B. nanhaiisediminis B. nealsonii B. neidei B. neizhouensis B. niabensis B. niacini B. novalis B. oceanisediminis B. odysseyi B. okhensis B. okuhidensis B. oleronius B. oryzaecorticis B. oshimensis B. pabuli B. pakistanensis B. pallidus B. pallidus B. panacisoli B. panaciterrae B. pantothenticus B. parabrevis B. paraflexus B. pasteurii B. patagoniensis B. peoriae B. persepolensis B. persicus B. pervagus B. plakortidis B. pocheonensis B. polygoni B. polymyxa B. popilliae B. pseudalcalophilus B. pseudofirmus B. pseudomycoides B. psychrodurans B. psychrophilus B. psychrosaccharolyticus B. psychrotolerans B. pulvifaciens B. pumilus B. purgationiresistens B. pycnus B. qingdaonensis B. qingshengii B. reuszeri B. rhizosphaerae B. rigui B. ruris B. safensis B. salarius B. salexigens B. saliphilus B. schlegelii B. sediminis B. selenatarsenatis B. selenitireducens B. seohaeanensis B. shacheensis B. shackletonii B. siamensis B. silvestris B. simplex B. siralis B. smithii B. soli B. solimangrovi B. solisalsi B. songklensis B. sonorensis B. sphaericus B. sporothermodurans B. stearothermophilus B. stratosphericus B. subterraneus B. subtilis B. s. subsp. inaquosorum B. s. subsp. spizizenii B. s. subsp. subtilis B. taeanensis B. tequilensis B. thermantarcticus B. thermoaerophilus B. thermoamylovorans B. thermocatenulatus B. thermocloacae B. thermocopriae B. thermodenitrificans B. thermoglucosidasius B. thermolactis B. thermoleovorans B. thermophilus B. thermoruber B. thermosphaericus B. thiaminolyticus B. thioparans B. thuringiensis B. tianshenii B. trypoxylicola B. tusciae B. validus B. vallismortis B. vedderi B. velezensis B. vietnamensis B. vireti B. vulcani B. wakoensis B. weihenstephanensis B. xiamenensis