BACILLUS THURINGIENSIS: KARAKTERISTIK, MORFOLOGI, SIKLUS HIDUP - BIOLOGI - 2025

Bacillus thuringiensis adalah bakteri yang termasuk dalam kelompok besar bakteri gram positif, beberapa patogen dan lainnya sama sekali tidak berbahaya. Ini adalah salah satu bakteri yang paling banyak dipelajari karena kegunaannya di bidang pertanian.

Kegunaan ini terletak pada fakta bahwa bakteri ini memiliki kekhasan dalam menghasilkan kristal pada fase sporulasinya yang mengandung protein yang ternyata bersifat toksik bagi serangga tertentu yang merupakan hama sejati bagi tanaman.

Kristal toksin B. thuringiensis. Oleh Jim Buckman dikreditkan dan pengunggah asli adalah PRJohnston. (w: id: Gambar: Bacillus thuringiensis.JPG), melalui Wikimedia Commons

Di antara karakteristik Bacillus thuringiensis yang paling menonjol adalah spesifisitasnya yang tinggi, tidak berbahaya bagi manusia, tumbuhan dan hewan, serta residualitasnya yang minimal. Atribut ini memungkinkannya untuk memposisikan dirinya sebagai salah satu pilihan terbaik untuk pengobatan dan pengendalian hama yang mengganggu tanaman.

Keberhasilan penggunaan bakteri ini menjadi bukti pada tahun 1938 ketika pestisida pertama yang diproduksi dengan spora muncul. Sejak saat itu, sejarahnya panjang dan melaluinya Bacillus thuringiensis telah diratifikasi sebagai salah satu opsi terbaik untuk mengendalikan hama pertanian.

Taksonomi

Klasifikasi taksonomi Bacillus thuringiensis adalah:

Domain: Bakteri

Filum: Firmicutes

Kelas: Bacilli

Pesanan: Bacillales

Keluarga: Bacillaceae

Genus: Bacillus

Jenis: Bacillus thuringiensis

Morfologi

Mereka adalah bakteri berbentuk batang dengan ujung membulat. Mereka menyajikan pola flagelasi pertric, dengan flagela didistribusikan ke seluruh permukaan sel.

Ini memiliki dimensi 3-5 mikron panjang dengan lebar 1-1,2 mikron. Dalam kultur eksperimental mereka, koloni melingkar diamati, dengan diameter 3-8 mm, dengan tepi teratur dan tampilan "kaca tanah".

Ketika diamati di bawah mikroskop elektron, sel-sel memanjang yang khas diamati, disatukan dalam rantai pendek.

Spesies bakteri ini menghasilkan spora yang memiliki ciri berbentuk ellipsoidal dan terletak di bagian tengah sel, tanpa menyebabkan deformasi.

Karakteristik umum

Pertama-tama, Bacillus thuringiensis adalah bakteri gram positif, yang berarti ketika menjalani proses pewarnaan Gram, ia memperoleh warna ungu.

Demikian pula, itu adalah bakteri yang dicirikan oleh kemampuannya untuk menjajah berbagai lingkungan. Dimungkinkan untuk mengisolasinya di semua jenis tanah. Ini memiliki distribusi geografis yang luas, telah ditemukan bahkan di Antartika, salah satu lingkungan paling berbahaya di planet ini.

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

Dalam nada yang sama, Bacillus thuringiensis adalah katalase positif, mampu menguraikan hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen.

Setelah ditumbuhkan pada medium agar darah, telah terlihat pola beta hemolisis yang berarti bakteri ini mampu menghancurkan eritrosit secara total.

Mengenai persyaratan lingkungan untuk pertumbuhannya, dibutuhkan kisaran suhu dari 10 - 15 ° C hingga 40 -45 ° C. Demikian pula, pH optimalnya adalah antara 5,7 dan 7.

Bacillus thuringiensis adalah bakteri aerobik yang ketat. Itu harus di lingkungan dengan ketersediaan oksigen yang cukup.

Ciri khas Bacillus thuringiensis adalah selama proses sporulasi, ia menghasilkan kristal yang terdiri dari protein yang dikenal sebagai toksin delta. Dalam dua kelompok ini telah diidentifikasi: Menangis dan Cyt.

Racun ini mampu menyebabkan kematian serangga tertentu yang merupakan hama sebenarnya untuk berbagai jenis tanaman.

Lingkaran kehidupan

B. thuringiensis memiliki siklus hidup dengan dua fase: salah satunya ditandai dengan pertumbuhan vegetatif, yang lainnya dengan sporulasi. Yang pertama terjadi dalam kondisi yang menguntungkan untuk perkembangan, seperti lingkungan yang kaya nutrisi, yang kedua dalam kondisi yang tidak menguntungkan, dengan kekurangan substrat makanan.

Larva serangga seperti kupu-kupu, kumbang atau lalat, antara lain pada saat memakan daun, buah atau bagian tanaman lainnya, dapat menelan endospora dari bakteri B. thuringiensis.

Di saluran pencernaan serangga, karena karakteristik basa, protein bakteri yang mengkristal dilarutkan dan diaktifkan. Protein tersebut mengikat reseptor pada sel usus serangga, membentuk pori yang mempengaruhi keseimbangan elektrolit, sehingga serangga mati.

Dengan demikian, bakteri menggunakan jaringan dari serangga mati untuk makanannya, perbanyakan dan pembentukan spora baru yang akan menginfeksi inang baru.

Toksin

Racun yang dihasilkan oleh B. thuringiensis memiliki kerja yang sangat spesifik pada invertebrata dan tidak berbahaya pada vertebrata. Inklusi parasit B. thuringensis memiliki protein yang beragam dengan aktivitas yang beragam dan sinergis.

B. thuringienisis memiliki beberapa faktor virulensi yang meliputi, selain endotoksin delta Cry dan Cyt, eksotoksin alfa dan beta tertentu, kitinase, enterotoksin, fosfolipase dan hemolysin, yang meningkatkan efisiensinya sebagai entomopatogen.

Kristal protein beracun dari B. thuringiensis terdegradasi di dalam tanah oleh aksi mikroba dan dapat didenaturasi dengan kejadian radiasi matahari.

Kegunaan dalam pengendalian hama

Potensi entomopatogen dari Bacillus thuringiensis telah dieksploitasi secara besar-besaran selama lebih dari 50 tahun dalam perlindungan tanaman.

Berkat perkembangan bioteknologi dan kemajuan di dalamnya, efek beracun ini dapat digunakan melalui dua cara utama: produksi pestisida yang digunakan langsung pada tanaman dan pembuatan makanan transgenik.

Mekanisme kerja toksin

Untuk memahami pentingnya bakteri ini dalam pengendalian hama, perlu diketahui bagaimana toksin menyerang tubuh serangga tersebut.

Mekanisme kerjanya dibagi menjadi empat tahap:

Pelarutan dan pemrosesan protoxin cry : kristal yang tertelan oleh larva serangga larut dalam usus. Dengan aksi protease yang ada, mereka diubah menjadi racun aktif. Racun ini melintasi apa yang disebut membran peritrofik (membran pelindung sel epitel usus).

Mengikat ke reseptor : racun mengikat ke situs tertentu yang terletak di mikrovili sel usus serangga.

Penyisipan ke dalam membran dan pembentukan pori : Protein tang masuk ke dalam membran dan menyebabkan kerusakan total jaringan melalui pembentukan saluran ion.

Sitolisis : kematian sel usus. Ini terjadi melalui beberapa mekanisme, yang paling dikenal sebagai sitolisis osmotik dan inaktivasi sistem yang menjaga keseimbangan pH.

Bacillus thuringiensis

Setelah efek toksik protein yang dihasilkan oleh bakteri diverifikasi, potensi penggunaannya dalam pengendalian hama pada tanaman dipelajari.

Banyak penelitian telah dilakukan untuk mengetahui sifat pestisida dari toksin yang dihasilkan oleh bakteri ini. Karena hasil positif dari penyelidikan ini, Bacillus thuringiensis telah menjadi insektisida biologis yang paling banyak digunakan di seluruh dunia untuk mengendalikan hama yang merusak dan berdampak negatif pada berbagai tanaman.

Sumber: Pixabay.com

Bioinsektisida berbasis Bacillus thuringiensis telah berkembang dari waktu ke waktu. Dari yang pertama hanya mengandung spora dan kristal, hingga yang dikenal sebagai generasi ketiga yang mengandung bakteri rekombinan penghasil toksin bt dan yang memiliki kelebihan seperti mencapai jaringan tanaman.

Pentingnya toksin yang dihasilkan oleh bakteri ini tidak hanya efektif melawan serangga, tetapi juga melawan organisme lain seperti nematoda, protozoa, dan trematoda.

Penting untuk diklarifikasi bahwa toksin ini sama sekali tidak berbahaya pada jenis makhluk hidup lain seperti vertebrata, kelompok tempat manusia berasal. Ini karena kondisi internal sistem pencernaan tidak ideal untuk perkembangbiakan dan efeknya.

Bacillus thuringiensis

Berkat kemajuan teknologi, terutama pengembangan teknologi DNA rekombinan, dimungkinkan untuk menciptakan tanaman yang secara genetik kebal terhadap pengaruh serangga yang mendatangkan malapetaka pada tanaman. Tumbuhan ini secara umum dikenal sebagai makanan transgenik atau organisme hasil rekayasa genetika.

Teknologi ini terdiri dari mengidentifikasi dalam genom bakteri urutan gen yang menyandikan ekspresi protein beracun. Gen-gen ini kemudian ditransfer ke genom tanaman yang akan dirawat.

Ketika tanaman tumbuh dan berkembang, ia mulai mensintesis racun yang sebelumnya diproduksi oleh Bacillus thuringiensis, yang kemudian kebal terhadap aksi serangga.

Ada beberapa pabrik yang menerapkan teknologi ini. Diantaranya adalah jagung, kapas, kentang, dan kedelai. Tanaman ini dikenal sebagai jagung bt, kapas bt, dll.

Tentu saja, makanan transgenik ini telah menimbulkan kekhawatiran di masyarakat. Namun, dalam laporan yang diterbitkan oleh Badan Lingkungan Amerika Serikat ditentukan bahwa makanan ini, hingga saat ini, tidak menunjukkan jenis toksisitas atau kerusakan apa pun, baik pada manusia maupun pada hewan tingkat tinggi.

Efek pada serangga

Kristal B. thuringiensis larut di usus serangga dengan pH tinggi dan protoxins, dan enzim dan protein lain dilepaskan. Dengan demikian protoxins menjadi racun aktif yang mengikat molekul reseptor khusus pada sel-sel usus.

Racun B. thuringiensis menghasilkan penghentian konsumsi serangga, kelumpuhan usus, muntah, ketidakseimbangan dalam ekskresi, dekompensasi osmotik, kelumpuhan umum dan akhirnya kematian.

Karena aksi toksin, kerusakan serius terjadi pada jaringan usus yang mencegah fungsinya, yang mempengaruhi asimilasi nutrisi.

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

Dianggap bahwa kematian serangga dapat disebabkan oleh perkecambahan spora dan perkembangbiakan sel vegetatif pada hemokel serangga.

Namun, diperkirakan bahwa kematian akan lebih bergantung pada aksi bakteri komensal yang hidup di usus serangga dan setelah aksi toksin B. thuringiensis mereka akan mampu menyebabkan septikemia.

Toksin B. thuringiensis tidak mempengaruhi vertebrata, karena pencernaan makanan terjadi di media asam, di mana toksin tidak diaktifkan.

Spesifitasnya yang tinggi pada serangga menonjol, terutama yang dikenal dengan Lepidoptera. Ini dianggap tidak berbahaya bagi sebagian besar entomofauna dan tidak memiliki tindakan berbahaya pada tanaman, yaitu tidak fitotoksik.

Referensi

1. Hoffe, H. dan Whiteley, H. (1989, Juni). Protein Kristal Insektisida dari Bacillus thuringiensis. Review Mikrobiologi. 53 (2). 242-255.
2. Martin, P. dan Travers, R. (1989, Oktober). Kelimpahan dan Distribusi Bacillus thuringiensis Terapan dan Mikrobiologi Lingkungan 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, Aman dan Efektif untuk Pengendalian Hama Serangga. Jurnal Mikrobiologi dan Bioteknologi.17 (4). 547-559
4. Sauka, D. dan Benitende G. (2008). Bacillus thuringiensis: generalitas. Pendekatan penggunaannya dalam biokontrol serangga lepidopteran hama 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 Pestisida. Tinjauan Mikrobiologi dan Biologi Molekuler. 62 (3). 775-806.
6. Villa, E., Parrá, F., Cira, L. dan Villalobos, S. (2018, Januari). Genus Bacillus sebagai agen pengendali hayati dan implikasinya terhadap biosekuriti pertanian. Jurnal Fitopatologi Meksiko. Publikasi online.