bacillus megaterium что это
В 1960-х годах, до использования Bacillus subtilis для этой цели, B. megaterium была основным модельным организмом среди грамположительных бактерий для интенсивных исследований биохимии, споруляции и бактериофагов. В последнее время его популярность в области биотехнологии начала расти из-за его способности производить рекомбинантный белок.
СОДЕРЖАНИЕ
Характеристики
Изоляция
Описанный метод может быть использован для выделения штаммов B. megaterium из почвы. Процедура начинается с посева 0,1 мл разведенных суспензий термообработанной почвы на агар с минеральной основой глюкозы: 10 г Glc ; 1 г (NH 4 ) 2 SO 4 или KNO 3 ; 0,8 г K 2 HPO 4 ; 0,2 г KH 2 PO 4 ; 0,5 г MgSO 4 · 7H 2 O; 0,05 г CaSO 4 · 7H 2 O; 0,01 г FeSO 4 · 7H 2 O; 12 г агара; вода дистиллированная до 1 литра; отрегулировать pH 7,0. Планшеты инкубируют при 30 ° C. Белые, круглые, гладкие и блестящие колонии диаметром 1–3 мм могут развиваться на нитратной (KNO 3 ) среде за 36–48 часов. Однако не все штаммы могут использовать нитрат, поэтому рекомендуется использовать среду аммония ((NH 4 ) 2 SO 4 ) параллельно. Колонии обнаруживаются по их внешнему виду, и подозреваемых следует наблюдать под микроскопом на наличие обычно крупных клеток этого вида.
История названия
Имя B. megaterium является именительным падежом в приложении (см. Правило 12 IBCN) и образовано от греческого прилагательного мега ( μέγας, μεγάλη, μέγα ), означающего «великий», и второго слова неясной этимологии. Возможны три гипотезы эпитета мегатерий:
Следовательно, в первом юридическом заключении Бактериологического кодекса было решено, что название должно оставаться «мегатериум», учитывая неясное значение.
Этимология, перечисленная в LPSN, несмотря на то, что она не совсем верна, представляет собой сплав первой и третьей интерпретации Gr. прил. мегас, большой; Gr. п. терас-атис, чудовище, зверь; NL n. мегатериум, большой зверь.
Bacillus Megaterium: продуцент аминокислот и пробиотик для сельскохозяйственных животных (обзор)
В индустрии кормов и кормовых добавок для сельскохозяйственных животных активно применяются различные направления микробиологического синтеза. Более 50 лет промышленное производство аминокислот осуществляется при помощи биотехнологий, ежегодные темпы роста производства составляют 5–7 %. Аминокислоты получают промышленно в ходе ферментации с использованием высокоэффективных штаммов различных видов бактерий. По мере прогрессивного развития микробиологических технологий и изучения состава микрофлоры животных происходит открытие новых видов микроорганизмов-продуцентов полезных веществ, в т. ч. вида Bacillus megaterium, которые относятся к бактериям-полипродуцентам, т. к. их клетки способны нарабатывать множество веществ различной химической природы: аминокислоты, протеазы, антибиотики, пептиды, витамины, бактериоцины и ряд других соединений. Они обладают высокоэффективной системой синтеза и транспорта белков из клетки, растут на различных доступных и недорогих углеродных субстратах и непатогенны в отношении растений, животных и человека и не вырабатывают в среду щелочных протеаз. Bacillus megaterium стабильны в широком диапазоне рН и при воздействии высоких температур, и таким образом стабильно сохраняют свои свойства в ходе производственных циклов, а также при хранении и транспортировке получаемых продуктов. Затраты на выращивание Bacillus megaterium относительно невысоки, и при хорошем выходе продукта и относительно малой ресурсоемкости производства делает его экономически рентабельным. Пробиотики на основе Bacillus megaterium, а также штаммы бактерии с повышенным синтезом лимитирующих аминокислот – перспективные для индустрии кормления животных направления прикладного микробиологического синтеза.
Bacillus megaterium: amino acid producer and probiotic for farm animals (review)
Different directions of microbiological synthesis are actively used in the industry of feed and feed additives for farm animals. More than 50 years of industrial production of amino acids is carried out with the help of biotechnology and the annual growth rate of production is 5–7 %. Amino acids are produced industrially during fermentation using highly effective strains of different types of bacteria. With the progressive development of microbiological technologies and the study of the composition of animal microflora the discovery of new species of microorganisms-producers of useful substances including species Bacillus megaterium, which belong to the bacteria-polyproducts, because their cells are able to develop many substances of different chemical nature: amino acids, proteases, antibiotics, peptides, vitamins, bacteriocins and a number of other compounds. They have a highly efficient system of synthesis and transport of proteins from the cell, grow on a variety of affordable and inexpensive carbon substrates and are non-pathogenic to plants, animals and humans and do not produce alkaline proteases in the environment. Bacillus megaterium is stable in a wide range of pH and at high temperatures, and thus stably retain their properties during production cycles as well as during storage and transportation of the resulting products. The costs of growing Bacillus megaterium are relatively low and with a good yield and relatively low resource intensity of production make it economically viable. Probiotics based on Bacillus megaterium as well as strains of bacteria with increased synthesis of limiting amino acids are promising for the animal feeding industry directions of applied microbiological synthesis.
В современном животноводстве и кормлении животных практическая микробиология занимает значимую позицию. Различные направления микробиологического синтеза активно применяются в индустрии кормов и кормовых добавок. Так, например, уже более 50 лет промышленное производство аминокислот осуществляется при помощи биотехнологий, ежегодные темпы роста производства составляют 5‒7 %. В процессе микробиологического синтеза аминокислоты получают в ходе ферментации с использованием высокоэффективных штаммов различных видов бактерий, например Escherichia coli, как правило, на углеводных питательных средах из сахаров (патока, сахароза или глюкоза) [12]. Развитие рынка было особенно динамичным для лимитирующих кормовых аминокислот, которые добавляют в комбикорма сельскохозяйственных животных и птицы: метионин, лизин, треонин, триптофан, валин и др. По мере прогрессивного развития микробиологических технологий и изучения состава микрофлоры животных происходит открытие новых видов микроорганизмов-продуцентов полезных веществ. В их числе Corynebacterium glutamicum, Bacillus megaterium и др., на основе которых создаются кормовые добавки и пробиотики.
B. megaterium – палочковидные, грамположительные аэробные мезофильные спорообразующие бактерии рода Bacillus с широким ареалом обитания, галофильные. Открытие бактерии принадлежит Антону де Бари (1884 г.). Бактерия была названа megaterium (в пер. с греческого значит «большое животное») в связи со своим большим размером примерно в 100 раз больше, чем E. Coli длина палочек B. megaterium до 4 мкм, диаметр – до 1,5 мкм. Величина генома B. megaterium – 5,8 мегабаз, содержание Г+Ц (37,5 %), оптимум температуры – 30‒37°С.
В. megaterium вместе с некоторыми другими видами рода Bacillus, в т. ч. Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus megaterium, Bacillus amyloliquefaciens, Brevibacillus brevis и Bacillus clausii образуют очень ценную с индустриальной точки зрения группу микроорганизмов. Они обладают высокоэффективной системой синтеза и транспорта белков из клетки, растут на различных доступных и недорогих углеродных субстратах (не строго специфичны к субстрату).
Bacillus megaterium
В 1960-х годах, до использования Bacillus subtilis для этой цели, B. megaterium была основным модельным организмом среди грамположительных бактерий для интенсивных исследований биохимии, споруляции и бактериофагов. В последнее время его популярность в области биотехнологии начала расти из-за его способности производить рекомбинантный белок. [3]
СОДЕРЖАНИЕ
Характеристики [ править ]
Изоляция [ править ]
Метод [9], описанный в [1], может быть использован для выделения штаммов B. megaterium из почвы. Процедура начинается с посева 0,1 мл разведенных суспензий термообработанной почвы на агар с минеральной основой глюкозы: 10 г Glc ; 1 г (NH 4 ) 2 SO 4 или KNO 3 ; 0,8 г K 2 HPO 4 ; 0,2 г KH 2 PO 4 ; 0,5 г MgSO 4 · 7H 2 O; 0,05 г CaSO 4 · 7H 2 O; 0,01 г FeSO 4 · 7H 2О; 12 г агара; вода дистиллированная до 1 литра; отрегулировать pH 7,0. Планшеты инкубируют при 30 ° C. Белые, круглые, гладкие и блестящие колонии диаметром 1–3 мм могут развиваться на нитратной (KNO 3 ) среде за 36–48 часов. Однако не все штаммы могут использовать нитрат, поэтому рекомендуется использовать среду аммония ((NH 4 ) 2 SO 4 ) параллельно. Колонии обнаруживаются по их внешнему виду, и подозреваемых следует наблюдать под микроскопом на наличие обычно крупных клеток этого вида.
История названия [ править ]
Следовательно, в первом юридическом заключении Бактериологического кодекса было решено, что название должно оставаться «мегатериум», учитывая неясное значение. [11]
Этимология, перечисленная в LPSN, несмотря на то, что она не совсем верна, представляет собой сплав первой и третьей интерпретации Gr. прил. мегас, большой; Gr. п. терас-атис, чудовище, зверь; NL n. мегатериум, большой зверь. [19]
Bacillus megaterium subsp. terra
Биоудобрение для усвоения недоступных форм фосфора в почве
Bacillus megaterium subsp. terra
435 руб/л
Состав и механизм действия
Действующей основой препарата является живые клетки и споры бактерий Bacillus megaterium subsp. terra с титром не менее 2х10 9 КОЕ/мл и продукты их метаболизма (фитогормоны ауксинового, гиберелинового и цитокининового рядов, аминокислоты, витамины).
Действие препарата Bacillus megaterium subsp. terra базируется на способности микроорганизмов, входящих в состав препарата, трансформировать труднодоступные соединения фосфора и калия в доступные для растений формы.
Наиболее эффективно Bacillus megaterium subsp. terra работает в прикорневой зоне (ризосфере), и поэтому оптимальным методом внесения является обработка семян или корневой системы саженцев, опрыскивание почвы с последующей заделкой, а также при внесении препарата с помощью капельного орошения.
Выгоды от применения
✓ Препарат повышает на 10-15% энергию прорастания, всхожесть семян и приживаемость рассады.
✓ Повышает в почве содержание доступных форм калия до 15-20 кг д.в. на га, фосфора до 25-50 кг д.в. на га.
✓ Способствует развитию агрономически полезной микрофлоры в прикорневой зоне растений, улучшению структуры и плодородия почвы.
✓ Препарат устойчив к хлорорганическим соединениям и способен разрушать в почве соединения ацетохлора.
Инструкция по применению
Препарат растворяют в воде, не содержащей хлора. Температура рабочего раствора должна быть не ниже +10°С.
Строго придерживаться нормам расхода согласно таблицы. Увеличение доли воды в суспензии нежелательно в связи с возможным набуханием и повреждением семян.
При смешивании в рабочем растворе с другими компонентами рекомендуется провести тестирование на отсутствие осадка.
При смешивании в рабочем растворе с химическими пестицидами (гербицидами, инсектицидами, фунгицидами) и микроэлементами Bacillus megaterium subsp. terra добавляется в баковый раствор в последнюю очередь.
Приготовленный рабочий раствор необходимо использовать в течение 6 часов.
Опрыскивание проводить в утреннее или вечернее время. Не использовать при интенсивном солнечном излучении.
Обработку семян, замачивание корней рассады/саженцев проводить в тени или местах, защищённых от попадания прямых солнечных лучей.
Совместимость препарата
Препарат совместим с инсектицидами, гербицидами, удобрениями и фунгицидами. Протестирован с химическими протравителями на основе следующих д.в. карбоксина, тебуканазола, прохлораза, тритиоканазола, флутриафола, тиабендазола, флудиоксонила, трифлоксистробина, дифеконазола, флудиоксила, тиметоксама, беномила, крезоксим-метила. С инсектицидами на основе д.в. имидаклоприда и альфа-циперметрина.
Геномный и фенотипический потенциал антимикробной активности штамма бактерии Bacillus megaterium В-4801
УДК 579.62:579.852.11:615.33:575.113
doi: 10.15389/agrobiology.2020.4.816rus
Генетические детерминанты штаммов бактерий Bacillus sp., определяющие возможность биосинтеза разнообразных антимикробных соединений, представляют особый научный интерес, поскольку благодаря им эти микроорганизмы нашли широкое применение в качестве основы пробиотиков. Важный этап системного анализа механизмов пробиотического действия, в частности антимикробной активности микроорганизмов, — реконструкция его метаболической карты, то есть сбор и визуализация всех потенциально возможных процессов в клетке. В представленной работе впервые описаны потенциально заложенные генетические механизмы синтеза ряда биологически активных веществ у выделенного нами ранее штамма бактерии Bacillus megaterium В-4801, в частности возможность синтезировать каносамин — бактериоцин, относящийся к группе аминогликозидов, который может выполнять важную роль в реализации пробиотических свойств благодаря выраженной антимикробной активности. Нашей целью было изучение антимикробной активности штамма Bacillus megaterium В-4801 в отношении патогенных и условно-патогенных бактерий, а также поиск генов, связанных с антимикробной активностью, на основе полногеномного секвенирования. Штамм B. megaterium В-4801, депонированный в коллекции ООО «БИОТРОФ+», обладает выраженной пробиотической активностью. Антимикробную активность в отношении Staphylococcus aureus, Candida tropicalis, Clostridium sp., Escherichia coli оценивали методом отсроченного антагонизма (метод «колодцев»). Библиотеку ДНК для полногеномного секвенирования готовили с помощью набора Nextera XT («Illumina, Inc.», США). Нуклеотидные последовательности определяли с использованием прибора MiSeq («Illumina, Inc.», США) и комплекта реактивов MiSeq Reagent Kit v3 (300-cycle) («Illumina, Inc.», США). Недостоверные последовательности и адаптеры удаляли с помощью программы Trimmomatic-0.38. Отфильтрованные по длине не менее от 50 до 150 п.н. парноконцевые последовательности собирали de novo с использованием геномного сборщика SPAdes-3.11.1. Функциональную аннотацию генома проводили в программах PROKKA 1.12 и RAST 2.0. Оценку пула генов, связанных с антимикробной активностью, и построение метаболической карты выполняли с помощью базы данных KEGG Pathway (http://www.genome.jp/kegg/). Культуральными методами была выявлена антагонистическая активность B. megaterium В-4801 в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Зоны задержки роста тест-штаммов составляли от 2±0,15 до 25±1,4 мм. Геном штамма B. megaterium В-4801 был представлен одной кольцевой хромосомой размером 6 113 972 п.н., содержащей 37,5 % ГЦ-пар. Показано, что более 45 % генов B. megaterium В-4801 вовлечены в функции транспорта и метаболизма аминокислот, транскрипции, трансляции, транспорта и метаболизма углеводов, белков. Определены ключевые генетические локусы, детерминирующие синтез антимикробных метаболитов. В составе генома секвенированного штамма локализованы гены (FabD, FabF, FabG, FabZ, FabI и др.), связанные с продукцией белков, участвующих в синтезе алифатических ненасыщенных карбоновых кислот с числом углеродных атомов от 3 до 18, в частности масляной, капроновой, каприловой, каприновой, лауриновой, миристиновой, пальмитиновой, стеариновой, олеиновой. Согласно имеющимся сведениям, все эти вещества обладают выраженными антимикробными свойствами. Кроме того, нами обнаружен целый кластер генов (Asm22-24, Asm43-45, Asm47), связанных с биосинтезом бактериоцина каносамина, который относится к группе аминогликозидов, а также поликетидных ансамициновых антибиотиков из группы макролидов. Установленный пробиотический потенциал свидетельствует о роли исследованного штамма как потенциального кандидата в качестве основы для пробиотиков, в том числе для использования в животноводстве. Проведенный геномный анализ выявил новые системы оперонов, контролирующих метаболические пути синтеза антимикробных веществ, ранее не описанные для B. megaterium.
Ключевые слова: полногеномное секвенирование, Bacillus megaterium, биосинтез жирных кислот, бактериоцины, антимикробная активность, каносамин, ансамициновые антибиотики, пробиотики.
GENOMIC AND PHENOTYPICAL POTENTIAL OF ANTIMICROBIAL ACTIVITY OF A BACILLUS STRAIN Bacillus megaterium В-4801
G.Yu. Laptev, E.A. Yildirim, T.P. Dunyashev, L.A. Ilyina, D.G. Tyurina, V.A. Filippova, E.A. Brazhnik, N.V. Tarlavin, A.V. Dubrovin, N.I. Novikova, V.K. Melikidi, S.N. Bikonya.
A b s t r a c t
The genetic determinants of bacterial strains Bacillus sp., which determine the possibility of biosynthesis of various antimicrobial compounds, are of particular scientific interest, since thanks to them these microorganisms are widely used as the basis of probiotics. An important stage in the systemic analysis of the mechanisms of probiotic action, in particular the antimicrobial activity of microorganisms, is the reconstruction of its metabolic map, that is, the collection and visualization of all potential cell processes. In this work, for the first time, the potentially inherent genetic mechanisms for the synthesis of a number of biologically active substances in the bacterial strain Bacillus megaterium are described, in particular, the possibility of synthesizing canosamine, a bacteriocin belonging to the aminoglycoside group, which can play an important role in the implementation of probiotic properties due to its pronounced antimicrobial activity. Our goal was to study the antimicrobial activity of the strain Bacillus megaterium B-4801 against pathogenic and opportunistic bacteria, as well as to search for genes associated with antimicrobial activity based on whole genome sequencing. The B. megaterium B-4801 strain deposited in the collection of OOO BIOTROF+, possesses a pronounced probiotic activity. Its antimicrobial activity against Staphylococcus aureus, Candida tropicalis, Clostridium sp., and Escherichia coli was assessed by the method of delayed antagonism using wells. A DNA library for whole genome sequencing was generated using Nextera XT kit (Illumina, Inc., USA). Nucleotide sequences were determined using a MiSeq instrument (Illumina, Inc., USA) and MiSeq Reagent Kit v3 (300-cycle) (Illumina, Inc., USA). Invalid sequences and adapters were removed using the Trimmomatic-0.38 program. Filtered in length from 50 to 150 bp pair-terminal sequences were assembled de novo using genomic assembler SPAdes-3.11.1. Functional annotation of the genome was performed with PROKKA 1.12 and RAST 2.0 programs. The pool of genes associated with antimicrobial activity was assessed and the metabolic map was constructed using the KEGG Pathway database (http://www.genome.jp/kegg/). The antagonistic activity of B. megaterium B-4801 against pathogenic and opportunistic microorganisms was revealed by cultural methods. The growth inhibition zones of the test strains ranged from 2±0.15 to 25±1.4 mm. The genome of the B. megaterium B-4801 strain is a single circular chromosome with a size of 6,113,972 bp, containing 37.5 % GC pairs. More than 45 % of B. megaterium B-4801 genes are involved in the transport and metabolism of amino acids, transcription, translation, transport and metabolism of carbohydrates and proteins. The key genetic loci that determine the synthesis of antimicrobial metabolites have been identified. The sequenced genome of the strain contains genes (FabD, FabF, FabG, FabZ, FabI, etc.) associated with the production of proteins involved in the synthesis of aliphatic unsaturated C3-C18 carboxylic acids, in particular, butyric, nylon, caprylic, capric, lauric, myristic, palmitic, stearic, oleic. According to the information accumulated by world science, all these substances have pronounced antimicrobial properties. The whole-genome sequencing also discovered a cluster of genes (Asm22-24, Asm43-45, and Asm47) associated with the biosynthesis of bacteriocin kanosamin, which belongs to the aminoglycoside group, and polyketide ansamycin antibiotics from the macrolide group. The established probiotic potential indicates the role of the investigated strain as a potential probiotic candidate, in particular for use in animal husbandry. The performed genomic analysis revealed new systems of operons that control the 827 metabolic pathways for the synthesis of antimicrobial substances, which were not previously described for B. megaterium.
Keywords: whole-genome sequencing, Bacillus megaterium, acid biosynthesis, bacteriocins, antimicrobial activity, canosamine, ansamycin antibiotics, probiotics.