Paenibacillus es un género de anaerobio facultativo , endosporas -Formar bacterias , incluidas originalmente dentro del género Bacillus y luego reclasificados como un género separado en 1993. [8] Las bacterias que pertenecen a este género se han detectado en una variedad de entornos, tales como: suelo , agua, rizosfera , materia vegetal, forrajes y larvas de insectos, así como muestras clínicas. [9] [10] [11] [12] El nombre refleja: en latín paene significa casi, por lo que los paenibacilos son literalmente "casi bacilos". El género incluye P. larvae , que causa la loque americanaen las abejas , P. polymyxa , que es capaz de fijar nitrógeno , por lo que se utiliza en agricultura y horticultura, el Paenibacillus sp. JDR-2, que es una rica fuente de agentes químicos para aplicaciones biotecnológicas y cepas formadoras de patrones como P. vortex y P. dendritiformis descubiertas a principios de los años 90, [13] [14] [15] [16] [17] que desarrollan colonias complejas con arquitecturas intrincadas [18] [19] [20] [21] [22] como se muestra en las imágenes:
Paenibacillus | |
---|---|
clasificación cientifica | |
Reino: | |
Filo: | |
Clase: | |
Pedido: | |
Familia: | |
Género: | Paenibacillus Ash y col. 1994 |
Especies | |
P. agarexedens |
Importancia
Interés en Paenibacillus spp. ha crecido rápidamente ya que muchos demostraron ser importantes [23] [24] [25] para la agricultura y horticultura (p . ej. P. polymyxa ), aplicaciones industriales (p . ej. P. amylolyticus ) y médicas (p . ej. P. peoriate ). Estas bacterias producen varias enzimas extracelulares, como enzimas que degradan polisacáridos y proteasas, que pueden catalizar una amplia variedad de reacciones sintéticas en campos que van desde la cosmética hasta la producción de biocombustibles . Varias especies de Paenibacillus spp. también producen sustancias antimicrobianas que afectan a un amplio espectro de microorganismos [26] [27] [28] como hongos, bacterias del suelo, bacterias patógenas de plantas e incluso patógenos anaerobios importantes como Clostridium botulinum .
Más específicamente, varias especies de Paenibacillus sirven como rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR), que colonizan competitivamente las raíces de las plantas y pueden actuar simultáneamente como biofertilizantes y como antagonistas ( biopesticidas ) de patógenos de raíces reconocidos, como bacterias, hongos y nematodos. [29] Mejoran el crecimiento de las plantas mediante varios mecanismos directos e indirectos. Los mecanismos directos incluyen la solubilización de fosfato, la fijación de nitrógeno, la degradación de contaminantes ambientales y la producción de hormonas. Los mecanismos indirectos incluyen el control de los fitopatógenos compitiendo por recursos como el hierro, los aminoácidos y los azúcares, así como mediante la producción de antibióticos o enzimas líticas. [30] [31] La competencia por el hierro también sirve como una fuerte fuerza selectiva que determina la población microbiana en la rizosfera. Varios estudios muestran que las PGPR ejercen su actividad promotora del crecimiento de las plantas al privar de hierro a la microflora nativa. Aunque el hierro es abundante en la naturaleza, la solubilidad extremadamente baja del Fe 3+ a pH 7 significa que la mayoría de los organismos enfrentan el problema de obtener suficiente hierro de sus ambientes. Para satisfacer sus necesidades de hierro, las bacterias han desarrollado varias estrategias, incluida la reducción de iones férricos a ferrosos, la secreción de compuestos quelantes de hierro de alta afinidad, llamados sideróforos , y la captación de sideróforos heterólogos. El genoma de P. vortex , por ejemplo, [32] alberga muchos genes que se emplean en estas estrategias, en particular, tiene el potencial de producir sideróforos en condiciones limitantes de hierro.
A pesar del creciente interés en Paenibacillus spp., Falta información genómica de estas bacterias. Una secuenciación más extensa del genoma podría proporcionar conocimientos fundamentales sobre las vías implicadas en el comportamiento social complejo de las bacterias y descubrir una fuente de genes con potencial biotecnológico.
Candidatus Paenibacillus glabratella causa nódulos blancos y una alta mortalidad delos caracoles de agua dulce Biomphalaria glabrata . [33] Esto es potencialmente importante porque Biomphalaria glabrata es un huésped intermedio de esquistosomiasis . [33]
Formación de patrones, autoorganización y comportamientos sociales.
Varias especies de Paenibacillus pueden formar patrones complejos en superficies semisólidas. El desarrollo de colonias tan complejas requiere la autoorganización y el comportamiento cooperativo de las células individuales mientras se emplea una comunicación química sofisticada llamada detección de quórum . [13] [14] [18] [20] [21] [34] [35] [36] La formación de patrones y la autoorganización en los sistemas microbianos es un fenómeno intrigante y refleja los comportamientos sociales de las bacterias [35] [37] que podría proporcionar información sobre el desarrollo evolutivo de la acción colectiva de las células en organismos superiores. [13] [35] [38] [39] [40] [41] [42]
Formación de patrón en P. vortex
Uno de los patrones más fascinantes que forman las especies de Paenibacillus es P. vortex , una bacteria autolubricante impulsada por flagelos . [32] P. vortex organiza sus colonias generando módulos, cada uno de los cuales consta de muchas bacterias, que se utilizan como bloques de construcción para la colonia en su conjunto. Los módulos son grupos de bacterias que se mueven alrededor de un centro común a aproximadamente 10 µm / s.
Formación de patrón en P. dendritiformis
Un patrón intrigante adicional que forma las especies de Paenibacillus es P. dendritiformis , que genera dos morfotipos diferentes [13] [14] [18] [19] [20] [21] : el morfotipo ramificado (o dividido en la punta) y el morfotipo quiral que está marcado por ramas rizadas con una mano bien definida (ver imágenes).
Estas dos cepas de Paenibacillus que forman patrones exhiben muchos rasgos fisiológicos y genéticos distintos, incluida la actividad similar a la β-galactosidasa que hace que las colonias se vuelvan azules en las placas X-gal y la resistencia a múltiples fármacos (MDR) (incluidos septrina , penicilina , kanamicina , cloranfenicol , ampicilina). , tetraciclina , espectinomicina , estreptomicina y mitomicina C ). Las colonias que crecen en superficies en placas de Petri exhiben una resistencia a los fármacos varias veces mayor en comparación con el crecimiento en medios líquidos. Se cree que esta resistencia particular se debe a un frente líquido similar a un surfactante que en realidad forma un patrón particular en la placa de Petri.
Referencias
- ^ Gao, Miao; Yang, Hui; Zhao, Ji; Liu, Jun; Sun, Yan-hua; Wang, Yu-jiong; Sun, Jian-guang (2013). " Paenibacillus brassicae sp. Nov., Aislado de la rizosfera de repollo en Beijing, China". Antonie van Leeuwenhoek . 103 (3): 647–653. doi : 10.1007 / s10482-012-9849-1 . PMID 23180372 . S2CID 18884588 .
- ^ Puri , Akshit; Padda, Kiran Preet; Chanway , Chris P (octubre de 2015). "¿Puede un endófito diazotrófico aislado originalmente de pino lodgepole colonizar un cultivo agrícola (maíz) y promover su crecimiento?". Biología y Bioquímica del Suelo . 89 : 210–216. doi : 10.1016 / j.soilbio.2015.07.012 .
- ^ Puri , Akshit; Padda, Kiran Preet; Chanway , Chris P (enero de 2016). "Evidencia de fijación de nitrógeno y promoción del crecimiento en canola ( Brassica napus L.) por un diazótrofo endofítico Paenibacillus polymyxa P2b-2R". Biología y fertilidad de suelos . 52 (1): 119-125. doi : 10.1007 / s00374-015-1051-y . S2CID 15963708 .
- ^ Puri , Akshit; Padda, Kiran Preet; Chanway , Chris P (junio de 2016). "Promoción del crecimiento de plántulas y fijación de nitrógeno por un endófito bacteriano Paenibacillus polymyxa P2b-2R y su derivado de GFP en maíz en un ensayo a largo plazo". Simbiosis . 69 (2): 123-129. doi : 10.1007 / s13199-016-0385-z . S2CID 17870808 .
- ^ Padda, Kiran Preet; Puri , Akshit; Chanway , Chris P (abril de 2016). "Efecto del etiquetado de GFP de Paenibacillus polymyxa P2b-2R sobre su capacidad para promover el crecimiento de plántulas de canola y tomate". Biología y fertilidad de suelos . 52 (3): 377–387. doi : 10.1007 / s00374-015-1083-3 . S2CID 18149924 .
- ^ Padda, Kiran Preet; Puri , Akshit; Chanway , Chris P (7 de julio de 2016). "Promoción del crecimiento vegetal y fijación de nitrógeno en canola por una cepa endofítica de Paenibacillus polymyxa y su derivado marcado con GFP en un estudio a largo plazo". Botánica . 94 (12): 1209-1217. doi : 10.1139 / cjb-2016-0075 .
- ^ Yang, Henry; Puri , Akshit; Padda, Kiran Preet; Chanway , Chris P (junio de 2016). "Efectos de la inoculación de Paenibacillus polymyxa y diferentes tratamientos de nitrógeno del suelo en el crecimiento de plántulas de pino lodgepole". Revista Canadiense de Investigación Forestal . 46 (6): 816–821. doi : 10.1139 / cjfr-2015-0456 . hdl : 1807/72264 .
- ^ Ash C, Priest FG, Collins MD: Identificación molecular de los bacilos del grupo 3 de ARNr (Ash, Farrow, Wallbanks y Collins) mediante una prueba de sonda de PCR. Propuesta de creación de un nuevo género Paenibacillus. Antonie Van Leeuwenhoek 1993, 64: 253-260.
- ^ Padda, Kiran Preet; Puri, Akshit; Chanway, Chris P. (2017). Microbios de importancia agrícola para la agricultura sostenible . Springer, Singapur. págs. 165–191. doi : 10.1007 / 978-981-10-5343-6_6 . ISBN 9789811053429.
- ^ McSpadden Gardener BB: Ecología de Bacillus y Paenibacillus spp. en Sistemas Agrícolas. Phytopathology 2004, 94: 1252-1258.
- ^ Montes MJ, Mercade E, Bozal N, Guinea J: Paenibacillus antarcticus sp. nov., un organismo psicrotolerante novedoso del medio ambiente antártico. Int J Syst Evol Microbiol 2004, 54: 1521-1526.
- ^ Ouyang J, Pei Z, Lutwick L, Dalal S, Yang L, Cassai N, Sandhu K, Hanna B, Wieczorek RL, Bluth M, Pincus MR: Reporte de caso: Paenibacillus thiaminolyticus: una nueva causa de infección humana, que induce bacteriemia en un paciente en hemodiálisis. Ann Clin Lab Sci 2008, 38: 393-400.
- ^ a b c d Ben-Jacob E, Cohen I: Formación cooperativa de patrones bacterianos. En Bacteria as Multicelular Organisms Editado por Shapiro JA , Dworkin M. Nueva York: Oxford University Press; 1997: 394-416
- ^ a b c Ben-Jacob E, Cohen I, Gutnick DL: Organización cooperativa de colonias bacterianas: del genotipo al morfotipo. Annu Rev Microbiol 1998, 52: 779-806.
- ^ Ben-Jacob E, Schochet O, Tenenbaum A, Cohen I, Czirok A, Vicsek T: Modelado genérico de patrones de crecimiento cooperativo en colonias bacterianas. Nature 1994, 368: 46-49.
- ^ Ben-Jacob E, Shmueli H, Shochet O, Tenenbaum A: autoorganización adaptativa durante el crecimiento de colonias bacterianas. Physica A 1992, 187: 378-424.
- ^ Ben-Jacob E, Shochet O, Tenenbaum A, Avidan O: Evolución de la complejidad durante el crecimiento de colonias bacterianas. En el Taller de Investigación Avanzada de la OTAN; Santa Fe, Estados Unidos. Editado por Cladis PE, Palffy-Muhorey P. Addison-Wesley Publishing Company; 1995: 619-633.
- ^ a b c Ben-Jacob E: Autoorganización bacteriana: co-mejora de la complexificación y adaptabilidad en un entorno dinámico. Phil Trans R Soc Lond A 2003, 361: 1283-1312.
- ^ a b Ben-Jacob E, Cohen I, Golding I, Gutnick DL, Tcherpakov M, Helbing D, Ron IG: Organización cooperativa bacteriana bajo estrés por antibióticos. Physica A 2000, 282: 247-282.
- ^ a b c Ben-Jacob E, Cohen I, Levine H: Autoorganización cooperativa de microorganismos. Adv Phys 2000, 49: 395-554.
- ^ a b c Ben-Jacob E, Levine H: Capacidades de autoingeniería de las bacterias. JR Soc Interface 2005, 3: 197-214.
- ^ Ingham CJ, Ben-Jacob E: Enjambre y formación de patrones complejos en el vórtice de Paenibacillus estudiado mediante imágenes y seguimiento de células. BMC Microbiol 2008, 8:36.
- ^ Choi KK, Park CW, Kim SY, Lyoo WS, Lee SH, Lee JW: Degradación del alcohol polivinílico por Microbacterium barkeri KCCM 10507 y Paeniblacillus amylolyticus KCCM 10508 en el teñido de aguas residuales. J Microbiol Biotechnol 2004, 14: 1009-1013.
- ^ Konishi J, Maruhashi K: 2- (2'-hidroxifenil) benceno sulfinato desulfinasa de la bacteria termófila desulfurizante Paenibacillus sp. cepa A11-2: purificación y caracterización. Appl Microbiol Biotechnol 2003, 62: 356-361.
- ^ Nielsen P, Sorensen J: antagonismo fúngico multi-objetivo y medio independiente por enzimas hidrolíticas en cepas de Paenibacillus polymyxa y Bacillus pumilus de la rizosfera de cebada. Fems Microbiol Ecol 1997, 22: 183-192.
- ^ Girardin H, Albagnac C, Dargaignaratz C, Nguyen-The C, Carlin F: Actividad antimicrobiana de Paenibacillus y Bacillus spp. contra Clostridium botulinum. J Food Prot 2002, 65: 806-813.
- ^ Piuri M, Sanchez-Rivas C, Ruzal SM: Una nueva actividad antimicrobiana de una cepa de Paenibacillus polymyxa aislada de salchichas fermentadas regionales. Lett Appl Microbiol 1998, 27: 9-13.
- ^ von der Weid I, Alviano DS, Santos AL, Soares RM, Alviano CS, Seldin L: Actividad antimicrobiana de la cepa NRRL BD-62 de Paenibacillus peoriae contra un amplio espectro de bacterias y hongos fitopatógenos. J Appl Microbiol 2003, 95: 1143-1151.
- ^ Bloemberg GV, Lugtenberg BJ: Bases moleculares de la promoción del crecimiento vegetal y el biocontrol por rizobacterias. Curr Opin Plant Biol 2001, 4: 343-350.
- ^ Kloepper JW, Leong J, Teintze M, Schroth MN: Crecimiento de plantas mejorado por sideróforos producidos por rizobacterias promotoras del crecimiento de plantas. Nature 1980, 286: 885-886.
- ^ Ryu CM, Farag MA, Hu CH, Reddy MS, Wei HX, Pare PW, Kloepper JW: Los volátiles bacterianos promueven el crecimiento en Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci USA 2003, 100: 4927-4932.
- ^ a b Sirota-Madi, A; Olender, T; Helman, Y; Ingham, C; Brainis, yo; Roth, D; Hagi, E; Brodsky, L; Leshkowitz, D; Galatenko, V (2010). "La secuencia del genoma del patrón que forma la bacteria del vórtice Paenibacillus revela potencial para prosperar en entornos complejos" . BMC Genomics . 11 : 710. doi : 10.1186 / 1471-2164-11-710 . PMC 3012674 . PMID 21167037 .
- ^ a b Duval, D .; Galinier, R .; Mouahid, G .; Toulza, E .; Allienne, JF (2015). "Un nuevo patógeno bacteriano de Biomphalaria glabrata : ¿un arma potencial para el control de la esquistosomiasis?" . PLOS Enfermedades tropicales desatendidas . 9 (2): e0003489. doi : 10.1371 / journal.pntd.0003489 . PMC 4342248 . PMID 25719489 .
- ^ Bassler BL, Losick R: Bacterianamente hablando. Cell 2006, 125: 237-246.
- ^ a b c Ben-Jacob E, Becker I, Shapira Y, Levine H: comunicación lingüística bacteriana e inteligencia social. Trends Microbiol 2004, 12: 366-372.
- ^ Dunny GM, Brickman TJ, Dworkin M: Comportamiento multicelular en bacterias: comunicación, cooperación, competencia y trampa. Bioensayos 2008, 30: 296-298.
- ^ Galperin MY, Gomelsky M: Módulos de transducción de señales bacterianas: de la genómica a la biología. ASM News 2005, 71: 326-333.
- ^ Aguilar C, Vlamakis H, Losick R, Kolter R: Pensando en Bacillus subtilis como un organismo multicelular. Curr Opin Microbiol 2007, 10: 638-643.
- ^ Dwyer DJ, Kohanski MA, Collins JJ: oportunidades de creación de redes para las bacterias. Cell 2008, 135: 1153-1156.
- ^ Kolter R, Greenberg EP: Ciencias microbianas: la vida superficial de los microbios. Nature 2006, 441: 300-302.
- ^ Shapiro JA : Pensar en las poblaciones bacterianas como organismos multicelulares. Annu Rev Microbiol 1998, 52: 81-104.
- ^ Shapiro JA , Dworkin M: bacterias como organismos multicelulares. 1ª edición: Oxford University Press, Estados Unidos; 1997.
enlaces externos
- Taxonomía de Paenibacillus
- La secuencia del genoma del patrón que forma la bacteria Paenibacillus vortex revela potencial para prosperar en entornos complejos - manuscrito
- Página de inicio del Prof. Eshel Ben-Jacob
- PCR específica para el género Paenibacillus basada en el gen rpoB
- Uso del análisis del gen rpoB para la identificación de especies de Paenibacillus fijadoras de nitrógeno como alternativa al gen 16S rRNA
- Paenibacillus en Bac Dive - la base de metadatos de diversidad bacteriana