Bacillus là một chi vi khuẩn thuộc họ Bacillaceae bao gồm nhiều loài khác nhau, được xem là chi lâu đời nhất và đa dạng nhất trong lớp vi khuẩn. Những vi khuẩn này được đặc trưng bởi hình dạng giống hình que, gram dương, sống kỵ khí hoặc hiếu khí tuỳ nghi và khả năng hình thành nội bào tử. Bacillus sp. [1]. được tìm thấy trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm đất, nước và đường tiêu hóa của người và động vật.

Đặc điểm quan trọng của Bacillus

Một trong những đặc điểm chính của loài Bacillus là khả năng hình thành nội bào tử. Bên trong lõi của nó chứa một nhiễm sắc thể cô đặc và không hoạt động (hình dưới). Các lớp bao quanh bào tử bao gồm vỏ giàu peptidoglycan và một hoặc nhiều lớp có chứa protein. Cấu trúc này có độ bền cao có thể tồn tại ở các điều kiện khắc nghiệt (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, tia cực tím, bức xạ gamma) thậm chí là các điều kiện ngoài trái đất. Điều này cho phép chúng tồn tại lâu dài trong môi trường và chịu được các điều kiện không thuận lợi.

Bản thân bào tử bị mất nước và nếu tiếp xúc với chất dinh dưỡng thích hợp sẽ nảy mầm. Quá trình này chỉ diễn ra trong vài phút, cho phép nước xâm nhập vào bào tử, làm vỡ và loại bỏ vỏ bào tử, sau đó tiếp tục phát triển tế bào sinh dưỡng [2]. Khả năng phục hồi của nội bào tử Bacillus khiến chúng có giá trị trong nhiều ứng dụng, từ nông nghiệp đến công nghệ sinh học, y học và bảo vệ môi trường.

Tiềm năng ứng dụng của Bacillus 

Kiểm soát dịch hại cây trồng:

Các loài Bacillus được biết đến với khả năng sinh ra các hợp chất có hoạt tính sinh học khác nhau có thể ức chế sự phát triển của mầm bệnh và sâu bệnh. Chúng mang lại nhiều lợi ích vì có khả năng giảm sự phụ thuộc vào thuốc bảo vệ thực vật hóa học và thúc đẩy các biện pháp quản lý dịch hại bền vững và thân thiện với môi trường [3].

Ví dụ, Bacillus thuringiensis (Bt), một vi khuẩn trong đất tạo ra các tinh thể protein gây độc với một số loài côn trùng và sâu bệnh gây hại, đã được sử dụng rộng rãi trong kiểm soát sinh vật gây hại trong nông nghiệp [4]. Hiện nay, nhiều loài Bacillus đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi để bảo vệ cây trồng, giảm nhu cầu sử dụng các hóa chất tổng hợp có thể gây hại cho các sinh vật không phải mục tiêu, thúc đẩy các hoạt động nông nghiệp bền vững và thân thiện với môi trường.

Xử lý sinh học:

Một số loài Bacillus có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp, bao gồm cả các chất ô nhiễm. Chúng có thể được sử dụng để cải tạo đất và xử lý nguồn nước bị ô nhiễm, góp phần cải thiện môi trường.

Quản lý chất thải:

Bacillus có vai trò quan trọng trong phân hủy các chất thải hữu cơ, góp phần giảm thiểu chất thải và làm phân bón.

Lên men công nghiệp:

Một số loài của chi Bacillus được công nhận là vi khuẩn công nghiệp quan trọng. Chúng được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm các ngành công nghiệp thực phẩm, đồ uống, da, dược phẩm, y tế và chất tẩy rửa. Sự chú ý đặc biệt của ngành công nghiệp đối với chi này là do độ bền và tốc độ tăng trưởng nhanh chóng, tạo ra chu kỳ lên men ngắn và khả năng tiết ra một lượng đáng kể protein ngoại bào [1].

Hơn nữa, các chủng Bacillus subtilis và Bacillus licheniformis đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) cấp chứng nhận GRAS (được công nhận là An toàn), được sử dụng trong sản xuất enzyme, kháng sinh (như bacitracin) và amino acid [5].

Sản xuất thực phẩm:

Các loài Bacillus được sử dụng trong quá trình lên men thực phẩm truyền thống, góp phần tạo nên hương vị và kết cấu trong các sản phẩm như phô-mai, nước tương và rau củ lên men.

Probiotic và sức khoẻ đường ruột:

Một số loài Bacillus đã được nghiên cứu về khả năng sử dụng làm men vi sinh nhằm hỗ trợ tiêu hóa, hỗ trợ chức năng miễn dịch và góp phần duy trì hệ vi sinh vật đường ruột cân bằng. Khả năng phục hồi của nội bào tử cho phép chúng tồn tại trong môi trường acid của dạ dày và đến ruột nơi chúng có thể phát huy tác dụng sinh học của mình [6]. Ví dụ, Bacillus clausii được sử dụng trong các chế phẩm probiotic.

Trong khi một số loài Bacillus vô hại và đóng vai trò quan trọng trong chu trình dinh dưỡng và sức khỏe của đất, những loài khác có thể gây bệnh cho con người, động vật hoặc thực vật. Ví dụ, Bacillus anthracis được biết đến là nguyên nhân gây bệnh than ở động vật có vú, bao gồm cả con người [7]. Bacillus cereus được biết đến với khả năng sản sinh ra độc tố có thể gây ngộ độc thực phẩm ở người, có thể được phát hiện ở nhiều loại thực phẩm, đặc biệt là thực phẩm giàu carbohydrate như gạo, mì ống và các sản phẩm bánh mì [8].

Kết luận

Tóm lại, Bacillus là một chi vi khuẩn có đặc điểm và ứng dụng đa dạng. Các thành viên của chúng có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm công nghiệp thực phẩm, nông nghiệp, môi trường và y học. Khả năng hình thành nội bào tử của một số loài Bacillus là tác nhân có lợi, tuy nhiên có những điểm bất lợi khiến chúng trở thành một nhóm vi sinh vật quan trọng cần nghiên cứu và tìm hiểu sâu hơn.

Bạn muốn tìm hiểu thêm về công nghệ lên men Bacillus quy mô công nghiệp? xin nhấn vào đây

Tác giả: KMVE Lab Team. Vui lòng dẫn nguồn khi bạn sử dụng thông tin trong bài viết.

Hình ảnh: nguồn Internet

Tài liệu tham khảo

[1] Logan, N. A., & Vos, P. D. (2015). Bacillus. Bergey’s manual of systematics of archaea and bacteria, 1-163.

[2] Christie, G., & Setlow, P. (2020). Bacillus spore germination: Knowns, unknowns and what we need to learn. Cellular Signalling, 74, 109729.

[3] Sansinenea, E. (2019). Bacillus spp.: As plant growth-promoting bacteria. Secondary metabolites of plant growth promoting rhizomicroorganisms: Discovery and applications, 225-237.

[4] Kumar, P., Kamle, M., Borah, R., Mahato, D. K., & Sharma, B. (2021). Bacillus thuringiensis as microbial biopesticide: uses and application for sustainable agriculture. Egyptian Journal of Biological Pest Control, 31(1), 1-7.

[5] Olmos, J., Acosta, M., Mendoza, G., & Pitones, V. (2020). Bacillus subtilis, an ideal probiotic bacterium to shrimp and fish aquaculture that increase feed digestibility, prevent microbial diseases, and avoid water pollution. Archives of microbiology, 202, 427-435.

[6] Cutting, S. M. (2011). Bacillus probiotics. Food microbiology, 28(2), 214-220.

[7] B.a Ali, J., Ali, F., Ahmad, I., Rafique, M., Munis, M. F. H., Hassan, S. W., … & Chaudhary, H. J. (2021). Mechanistic elucidation of germination potential and growth of Sesbania sesban seedlings with Bacillus anthracis PM21 under heavy metals stress: An in vitro study. Ecotoxicology and Environmental Safety, 208, 111769.

[8] McDowell, R. H., Sands, E. M., & Friedman, H. (2022). Bacillus cereus. In StatPearls [Internet]. StatPearls Publishing.