باسیلوس سوبتیلیس (Bacillus subtilis): یک مرور کلی و کاربردها

مقدمه‌ای بر باسیلوس سوبتیلیس

باسیلوس سوبتیلیس گونه‌ای از جنس باسیلوس است که معمولاً در محیط‌های متنوعی از خاک گرفته تا دستگاه گوارش احشام و انسان یافت می‌شود.

این باکتری یک ارگانیسم گرم مثبت، میله‌ای شکل، اسپوردار (Spore) و بی‌هوازی اختیاری است که رایج‌ترین گونه باسیلوس ایزوله شده از نمونه‌های محیطی است.

این باکتری به طور گسترده به عنوان مدلی جهت افتراق و مهندسی سلولی در بیوتکنولوژی مورد مطالعه قرار گرفته است. این باکتری به عنوان باسیل یونجه یا باسیل علف نیز شناخته می‌شود زیرا در یونجه و انواع مختلف علف‌‌ها وجود دارد.

بیشترین مطالعه در مورد باکتری‌های گرم مثبت بر روی باسیلوس سوبتیلیس انجام شده است زیرا به عنوان یک ارگانیسم مدل در مطالعات مربوط به تکثیر و تبدیل کروموزوم باکتریایی مورد استفاده قرار گرفته است. به دلیل مقاومت در برابر سرما، گرما و ضدعفونی کننده‌های رایج، حضور این باکتری در همه جا تسهیل شده است.

بیشتر گونه‌های باسیلوس سوبتیلیس غیر بیماری‌زا هستند و با عفونت مرتبط نیستند، اما برخی از سویه‌ها با بیماری‌های نئوپلاستیک (Neoplastic) مانند پنومونی (Pneumonia) و باکتریمی (Bacteremia) کشنده، سپتیسمی (Septicemia) و عفونت تومورهای زیربغلی نکروزه در سرطان پستان مرتبط هستند. برخی از سویه‌ها نیز در بیماری‌های ناشی از غذا و موارد ماستیت (Mastitis) گاوی و سقط جنین گوسفندی نقش دارند.

باسیلوس سوبتیلیس برای اولین بار در سال 1835 توسط Ehernberg ایزوله شد. او این باکتری را Vibrio subtilis نامید، اما بعداً در سال 1872 توسط Cohn مجددا طبقه‌بندی و نام‌گذاری شد. نام گونه “subtilis” یک کلمه لاتین است که به معنای “لاغر” است که بیان کننده ساختار میله‌ای شکل و بلند این باکتری می‌باشد.

باسیلوس سوبتیلیس یک باکتری صنعتی ضروری در نظر گرفته می‌شود، زیرا به دلیل ترشح بهتر آنزیم‌ها توسط این باکتری، به طور گسترده در بیوتکنولوژی استفاده می‌شود. علاوه بر این، در صنایع غذایی به عنوان تقویت‌کننده طعم، شیرین کننده و در تهیه خوراک دام نیز استفاده می‌شود. باسیلوس سوبتیلیس بیشتر به دو زیرگونه طبقه‌بندی می‌شود: زیر گونه subtilis و زیر گونه spizizeni.

طبقه‌بندی باسیلوس سوبتیلیس

• جنس باسیلوس بر اساس آنالیز فیلوژنتیکی (Phylogenetic) توالی ژن 16S rRNA به خانواده باسیلاسه (Bacillaceae) تعلق دارد.
• این خانواده متشکل از باسیلوس و 18 جنس دیگر است که اکثر آن‌ها شیمیو‌ارگانوتروف‌های (Chemoorganotroph) هوازی یا غیرهوازی اختیاری هستند.
• جنس باسیلوس از بیش از 100 گونه مختلف تشکیل شده است که به گروه‌های قابل مدیریت و با تعریف بهتر دسته‌بندی می‌شوند.
• طبقه‌بندی اولیه گونه‌های باسیلوس بر اساس ویژگی‌های فنوتیپی (Phenotypic)، کشت و متابولیکی باکتری‌ها بود.
• گروه‌بندی گونه‌ها بر اساس شباهت توالی‌های ژن 16S rRNA و هیبریداسیون DNA-DNA می‌باشد.
• باسیلوس سوبتیلیس متعلق به گروه 1 باسیلوس است و با گونه‌های دیگر مانند باسیلوس لیکنیفورمیس ( licheniformis) و گروه بیماری‌زای گونه‌های باسیلوس شامل باسیلوس سرئوس (B. cereus)، باسیلوس آنتراسیس (B. anthracis) و باسیلوس تورنجینسیس (B. thuringiensis) ارتباط نزدیک دارد.
• گروه 1 گونه باسیلوس شامل گونه‌های مختلفی است که از نظر صنعتی برای تولید ترکیبات مختلف اهمیت دارند.
• گونه باسیلوس سوبتیلیس بیشتر به دو زیرگونه طبقه‌بندی می‌شود: باسیلوس سوبتیلیس زیر گونه subtilis و باسیلوس سوبتیلیس زیرگونه spizizenii. این زیرگونه‌ها بر اساس ویژگی‌های فنوتیپی قابل تشخیص نیستند و نیاز به آنالیز ژنوتیپی (Genotypic) دارند.
• طبقه‌بندی تاکسونومیکی (Taxonomical) باسیلوس سوبتیلیس به شرح زیر است:

زیستگاه

• باسیلوس در همه جا وجود دارد و در زیستگاه‌های مختلف در سراسر جهان از خاک گرفته تا بدن انسان و حیوان، یافت می‌شود.
• بیشتر باکتری‌های هوازی سازنده آندوسپور (Endospore) مانند باسیلوس، ساپروفیت‌هایی (Saprophyte) هستند که به شکل اسپور در محیط‌های طبیعی پخش شده‌اند.
• با این حال، برخی از آن‌ها ممکن است در سطوح جاندار مانند بافت‌ها به عنوان پاتوژن‌های فرصت‌طلب یا اجباری یافت شوند.
• مهمترین زیستگاه باسیلوس سوبتیلیس خاک‌های مختلف است که از اسیدی تا قلیایی، سرد تا گرم و حاصلخیز تا بیابان را شامل می‌شود. نوع سویه‌هایی که در زیستگاه‌های مختلف زندگی می‌کنند به محتوای آب و رسوبات آن محیط بستگی دارد.
• در دسترس بودن باسیلوس سوبتیلیس در محیط‌های مختلف به دلیل پخش شدن اسپور‌های باکتری به شکل آئروسل (Aerosol) است.
• علاوه بر این این باکتری می‌تواند در طیف وسیعی از دماهای مختلف از 15 درجه سانتی‌گراد تا 55 درجه سانتی‌گراد زنده بماند.
• برخی از انواع باسیلوس سوبتیلیس را می‌توان به عنوان آلاینده‌های موجود در غذا، آب و محیط‌های طبیعی، خانگی، صنعتی و بیمارستانی یافت.
• آندوسپورهای تشکیل شده توسط باسیلوس سوبتیلیس در برابر عوامل فیزیکی و شیمیایی مانند دما، ضدعفونی کننده‌ها، آنتی‌بیوتیک‌ها و ترکیبات سمی مقاوم هستند.
• همچنین اسپورهای باکتری در غلظت‌های بالایی در غذاهای خشک مانند ادویه‌ها، پودر شیر و سایر محصولات یافت می‌شوند.
• این اسپورها به راحتی توسط باد پراکنده می‌شوند، که به آن‌ها اجازه می‌دهد به فواصل طولانی مهاجرت کرده و مکان‌های اکولوژیکی جدیدی را پیدا کنند.
• باسیلوس سوبتیلیس ارگانیسم‌های هتروتروف (Heterotrophic) هستند که از محیط‌هایی با دسترس‌پذیری کمپلکس مواد مغذی و شرایط محیطی ایزوله شده‌اند.
• وجود باسیلوس سوبتیلیس در خاک و ناحیه ریزوسفری (Rhizospheric) ممکن است با کمک به تولید هورمون‌های گیاهی و افزایش گره‌زایی ریشه، با گیاهان در ارتباط نزدیک باشد.
• برخی از اسپورهای باسیلوس سوبتیلیس را می‌توان در سطوح حیوانی مانند روده انسان و سطوح پوست یافت و از نمونه‌هایی مانند مدفوع انسان جدا کرد.

مورفولوژی

• این باکتری یک باکتری گرم مثبت و میله‌ای شکل است که گونه‌ای از جنس باسیلوس بوده و معمولاً به عنوان ارگانیسم مدل برای توصیف ساختار گونه‌های مختلف این جنس استفاده می‌شود.
• سلول‌های باسیلوس سوبتیلیس میله‌های متحرک گرم مثبتی هستند که اسپوهای بیضوی تا استوانه‌ای شکل را در مرکز یا نزدیک به مرکز اسپورانژیای (Sporangia) متورم ایجاد می‌کنند. اسپورها در داخل سلول خفته از طریق رنگ‌آمیزی اسپور قابل مشاهده هستند.

• یک آندوسپور منفرد در سلول وجود دارد و این اسپورها در برابر شرایط نامساعد محیطی بسیار مقاوم هستند.
• سلول‌ها دارای انتهای گرد هستند و اندازه آن‌ها بین 7 تا 0.8 میکرومتر در 2.0 تا 3.0 میکرومتر متغیر است.
• آرایش سلول‌ها عمدتاً به صورت تکی یا جفتی است. باسیلوس سوبتیلیس بندرت تشکیل زنجیره می‌دهد. سلول‌ها با تاژک‌های پریتریکو (Peritrichous) متحرک هستند.
• با وجود این که باسیلوس سوبتیلیس در ابتدا یک ارگانیسم هوازی اجباری در نظر گرفته می‌شد، اما بر اساس یافته‌های جدیدتر، این باکتری به عنوان یک ارگانیسم بی هوازی اختیاری شناخته می‌شود.
• بیشتر سویه‌های باسیلوس سوبتیلیس غیرکپسوله هستند، اما برخی از سویه‌ها کپسول‌هایی متشکل از پلی‌گلوتامیک اسید (Polyglutamic acid) یا پلی‌ساکاریدها (Polysaccharide) تولید می‌کنند.
• تولید پلی-γ-گلوتامیک اسید (Poly-γ-glutamic acid) توسط باسیلوس سوبتیلیس در طول فاز ثابت (Stationary phase) رشد رخ می‌دهد.
• دیواره سلولی مربوط به سلول‌های باسیلوس سوبتیلیس از واحدهای پپتیدوگلیکان (Peptidoglycan) تشکیل شده است که رایج‌ترین نوع پیوند موجود در مزو-دیامینوپیملیک اسید (Meso-diaminopimelic acid) است.
• اتصال عرضی (Cross-linkage) به شکل یک پیوند پپتیدی (Peptide) بین دی‌آمینو اسید (Diamino acid) در موقعیت 3 از یک زیر واحد و D-آلانین (D-alanine) در موقعیت 4 زیر واحد پپتیدی همسایه تشکیل می‌شود.
• در زیر دیواره سلولی یک غشای سلولی وجود دارد که از دو لایه لیپیدی و ساختارهای پروتئینی تشکیل شده است که سیالیت غشاء را مشخص می‌کند.
• سیتوپلاسم شامل یک کروموزوم دایره‌ای، میتوکندری (Mitochondria) و کلروپلاست‌ها (Chloroplast) است که در سرتاسر سلول پخش شده‌اند.
• پروتئین‌های تشکیل دهنده فیلامنت (رشته (Filament)) در امتداد محور طولانی‌تر سلول وجود دارند که DNA تازه تکثیر شده را پس از تقسیم سلولی تحریک می‌کنند.
• طول ژنوم باسیلوس سوبتیلیس 4214810 جفت باز با حدود 4000 ژن کدکننده پروتئین است. محتوای G+ C باکتری‌ها بین 40 تا 45 درصد است.

ویژگی‌های کشت باسیلوس سوبتیلیس

• مورفولوژی کلنی باسیلوس سوبتیلیس در داخل و بین سویه‌ها بسیار متغیر است که ممکن است هنگام رشد در یک محیط مصنوعی، ظاهر یک کشت مخلوط را ایجاد کند.
• با وجود تنوع، کلنی‌های گونه‌های باسیلوس را می‌توان به راحتی در پلیت‌های آگار تشخیص داد.
• رشد روی یک محیط ساده مانند نوترینت آگار (Nutrient agar) ممکن است منجر به رشد انبوه باکتری‌ها در پلیت شود. با افزایش محتوای آگار محیط می‌توان از این امر جلوگیری کرد.
• گونه‌های باسیلوس معمولاً نیازهای غذایی ساده‌ای دارند که امکان رشد آن‌ها را در محیط‌های ساده غیرانتخابی مانند نوترینت آگار فراهم می‌کند.
• دمای مطلوب برای رشد باسیلوس سوبتیلیس 28 تا 30 درجه سانتی‌گراد با حداقل دمای 5 تا 20 درجه سانتی‌گراد و حداکثر دمای 45 تا 55 درجه سانتی‌گراد است.
• باسیلوس سوبتیلیس در دمای 20 تا 25 درجه سانتی‌گراد به طور مطلوب از نمونه‌های غذایی ایزوله می‌شود، در حالی که در نمونه‌های بالینی در دمای 35 درجه سانتی‌گراد به خوبی رشد می‌کنند.
• رشد این باکتری را می‌توان در محدوده pH بین 5.5 تا 8.5 مشاهده کرد، اما رشد برخی از سویه‌ها ممکن است حتی در محدوده مذکور محدود باشد.
• رشد باسیلوس سوبتیلیس می‌تواند در محیطی حداقلی با گلوکز و نمک آمونیوم به ترتیب به عنوان تنها منابع کربن و نیتروژن رخ دهد.
• اکثر سویه‌ها می‌توانند NaCl 7% را در محیط تحمل کنند، اما برخی می‌توانند تا NaCl 10% را تحمل کنند.
• اگر چه باسیلوس سوبتیلیس به عنوان یک ارگانیسم هوازی اجباری شناخته می‌شود، اما رشدهای محدودی را می‌توان در شرایط بی‌هوازی در محیط‌های مرکب با گلوکز یا حتی نیترات مشاهده کرد.
• در کشت مایع، LB براث معمولا برای کشت باسیلوس سوبتیلیس استفاده می‌شود. رشد به شکل کدورت در محیط مشاهده می‌شود و با توقف رشد سلول‌ها شروع به ته‌نشین شدن می‌کنند.
• در زیر برخی از ویژگی‌های کشت باسیلوس سوبتیلیس در محیط‌های کشت مختلف آورده شده است:

1. باسیلوس سوبتیلیس در نوترینت آگار

• کلنی‌های این باکتری روی نوترینت آگار گرد تا نامنظم هستند. ایزوله‌های به‌دست‌آمده از نمونه‌های خاک تمایل به ایجاد یک رشد انبوه در سراسر پلیت دارند.
• اندازه کلنی‌ها نیز متغیر بوده و بین 2 تا 3 میلی‌متر قطر دارند، زیرا کشت‌های جوان‌تر تمایل به بزرگتر شدن دارند و کلنی‌های مسن‌تر از نظر اندازه کوچک می‌شوند.
• کلنی‌ها دارای حاشیه‌های متفاوت از مواج تا رشته‌دار هستند. کلنی‌ها مات با سطوحی کدر یا حتی چروکیده هستند.
• رنگ کلنی‌ها بیشتر سفید است اما می‌تواند بین کرم و قهوه‌ای نیز باشد. برخی از سویه‌ها رنگ‌دانه‌های مختلفی مانند خامه‌ای، زرد، نارنجی، صورتی و قرمز تا قهوه‌ای و سیاه را بسته به منبع یا نمونه، تولید می‌کنند.
• این رنگ‌دانه‌ها اغلب در آگار سیب زمینی (Potato agar) یا محیط آگار حاوی گلوکز مشاهده می‌شوند.
• سویه‌هایی که رنگ‌دانه‌های قهوه‌ای یا سیاه تولید می‌کنند، قبلاً Bacillus subtilis var aterrimus نامیده می‌شدند، در حالی که آن‌هایی که رنگ‌دانه‌های قهوه‌ای مایل به سیاه را در محیط‌های حاوی تیروزین (Tyrosine) تولید می‌کنند، Bacillus subtilis var niger نام داشتند.

2. باسیلوس سوبتیلیس در بلاد آگار (Blood Agar)

• این باکتری در بلاد آگار با 5% خون خرگوش کلنی‌های خاکستری یا سفید رنگی را تشکیل می‌دهد که گرد، مات، صاف و خشک هستند.
• کلنی‌ها با اندازه متوسط (با قطر بین 3 تا 4 میلی‌متر) هستند که اغلب با خشک شدن کشت، آن‌ها هم روی سطح خشک می‌شوند.
• اکثر سویه‌های باسیلوس سوبتیلیس، بتا همولیز (β-hemolysis) را به شکل پاکسازی محیط با همولیز گلبول‌های قرمز نشان می‌دهند. این امر در باسیلوس سوبتیلیس به دست آمده از نمونه‌های بالینی بیشتر از نمونه‌های محیطی است.

3. باسیلوس سوبتیلیس در تریپتیک سوی آگار (Tryptic Soy Agar)

• کلنی‌های سفید تا کرمی رنگ باسیلوس سوبتیلیس در تریپتیک سوی آگار به دست می‌آیند. کلنی‌ها بسته به سویه و شرایط رشد، دایره‌ای یا نامنظم هستند.
• کلنی‌ها حاشیه نامنظمی دارند و اکثراً مسطح هستند. سطح محیط مات و موکوئیدی (Mucoid) است.
• در این آگار رشد مطلوب در دمای 35 درجه سانتی‌گراد در شرایط هوازی اتفاق می‌افتد. برخی از گونه‌ها ممکن است به طور اختیاری بی‌هوازی باشند و بتوانند در حضور حدود 2 درصد CO2 بهتر رشد کنند.

خصوصیات بیوشیمیایی باسیلوس سوبتیلیس

خصوصیات بیوشیمیایی این باکتری را می‌توان به صورت جدول زیر بیان کرد:

تخمیر

واکنش‌های آنزیمی

باسیلوس سوبتیلیس می‌تواند پکتین (Pectin) و پلی‌ساکاریدها با منشاء گیاهی را تجزیه کند. دکستران (Dextran) و لوان (Levan) در طی تجزیه کربوهیدرات‌ها از ساکارز به صورت خارج سلولی تشکیل می‌شوند.

عوامل بیماری‌زای باسیلوس سوبتیلیس

• باسیلوس سوبتیلیس در همه‌جا پخش می‌شود و در مناطق مختلف محیطی مانند هوا، آب، خاک و حتی سطوح بدن حیوانات و انسان یافت می‌شود.
• توانایی باکتری برای اتصال و تشکیل کلنی در بخش‌های مختلف بدن انسان و حیوان نشان‌دهنده یک فاکتور احتمالی بیماری‌زایی باکتری است.
• با این حال مطالعات مختلف نشان داده است که تشکیل کلنی بر روی سطوح بدن انسان شامل مکانیسم مشخصی که ممکن است در تولید بیماری دخیل باشد، نمی‌شود.
• یک عامل احتمالی بیماری‌زایی باسیلوس سوبتیلیس تولید سم است، زیرا باکتری آنزیم لسیتیناز تولید می‌کند که نشان داده شده است در مسمومیت غذایی نقش دارد.
• علاوه بر این، باسیلوس سوبتیلیس همچنین یک سم خارج سلولی به نام سوبتیلیسین (Subtilisin) تولید می‌کند که یک ترکیب پروتئینی بوده و قادر به ایجاد واکنش‌های آلرژیک در برخی افراد است.
• این واکنش‌ها اغلب در افراد دارای نقص ایمنی مشاهده می‌شود که به طور مرتب در معرض چنین سمومی قرار می‌گیرند.
• موارد آلرژی و واکنش‌های حساسیت شدید از جمله درماتیت (Dermatitis) و دیسترس تنفسی اغلب پس از استفاده از محصولات مخصوص شستشوی لباس که با سم مذکور تولید شده‌اند، مشاهده می‌شود.
• میزان بیماری‌زایی و همچنین تولید سموم باسیلوس سوبتیلیس نسبتاً کم است و اظهار شده است که باکتری‌ها مقادیر قابل توجهی از این آنزیم‌ها یا سموم را تولید نمی‌کنند.

نقش باسیلوس سوبتیلیس در بیماری‌های حیوانی و گیاهی

• باسیلوس سوبتیلیس از موارد مختلف سقط جنین گاوی و گوسفندی ایزوله شده است، اما به عنوان عامل ایجاد کننده چنین عفونت‌هایی مطرح نشده است.
• علاوه بر این، باسیلوس سوبتیلیس با مواردی از ورم پستان گاوی مرتبط می‌باشد، اما تعداد موارد ورم پستان ناشی از آن در مقایسه با سایر گونه‌ها کم است.
• همچنین نشان داده شده که باسیلوس سوبتیلیس قادر است لاروهای سن (Instar) دوم پشه را آلوده کرده و منجر به مرگ آن‌ها شود.
• توانایی باسیلوس سوبتیلیس در ایجاد عفونت در حشرات نشان دهنده پتانسیل استفاده از این باکتری به عنوان یک عامل کنترل بیولوژیکی است.
• باسیلوس سوبتیلیس یک بیماری‌زای گیاهی محسوب نمی‌شود، اما گزارش‌هایی در مورد دست داشتن آن در پوسیدگی نرم حبه‌های سیر وجود دارد.
• بر اساس یک گزارش، گمان می‌شود که باسیلوس سوبتیلیس ممکن است در زخم سرطانی باز در درختان افرا نقش داشته باشد.
• بروز باسیلوس سوبتیلیس هم در حیوانات و هم در گیاهان کاملاً محدود است و عامل اصلی بیماری نیست.

مصارف و کاربردهای صنعتی باسیلوس سوبتیلیس

استفاده از گونه‌های باسیلوس به عنوان میکروارگانیسم‌های صنعتی برای هزاران سال با به کارگیری آن در میکروبیولوژی کاربردی انجام شده است.

سرعت رشد بالای باکتری‌ها، چرخه تخمیر کوتاه و ظرفیت ترشح پروتئین‌ها و آنزیم‌های خارج سلولی، امکان استفاده از باسیلوس سوبتیلیس را در صنایع مختلف فراهم می‌کند.

باسیلوس سوبتیلیس یکی از معدود گونه‌های باسیلوس است که توسط سازمان غذا و دارو “به طور کلی ایمن” (Generally Regarded as Safe (GRAS)) در نظر گرفته می‌شود.

توسعه کاربردها و بهره‌برداری از باسیلوس سوبتیلیس با استفاده از اطلاعات موجود در بیوشیمی و ژنتیک ارگانیسم‌ها، فراهم می‌شود.

موارد زیر کاربرد صنعتی باسیلوس سوبتیلیس و فرآورده‌های آن است:

1. آنزیم‌ها

• تخمین زده شده که باسیلوس مسئول تولید حدود 50 درصد از کل آنزیم‌های مهم صنعتی در جهان می‌باشد.
• در بین همه گونه‌های باسیلوس، باسیلوس سوبتیلیس مهم‌ترین گونه در استفاده صنعتی از این ارگانیسم‌ها می‌باشد.
• سرین پروتئازهای قلیایی (Alkaline serine proteases) (سوبتیلیسین‌ها (subtilisin)) تولید شده توسط باسیلوس سوبتیلیس عمدتاً در تولید مواد شوینده خانگی استفاده می‌شود.
• ارگانیسم و آنزیم‌های قلیا دوست (Alkalophilic) را می‌توان در تولید آنزیم‌های سنگین با قابلیت تحمل قلیای بالا استفاده کرد.
• علاوه بر این، باسیلوس سوبتیلیس خنثی، پروتئازهایی به نام متالوپروتئینازهای روی (Zinc metalloproteinase) تولید می‌کند که در اصلاح پروتئین شیر، کنترل نیتروژن، استخراج خمیر و حذف مه سرد (Chill-haze) در صنایع آبجوسازی کاربرد دارند.
• آمیلازها (Amylase) را می‌توان در برخی از فرآیندهای صنعتی مانند صنایع غذایی، تخمیر، نساجی و کاغذسازی استفاده کرد.
• α-آمیلازها (α-amylase) پیوندهای داخلی α-1،4 را از درون می‌شکنند تا رشته‌های کوتاه‌تری از کربوهیدرات‌ها تولید کنند که می‌توانند در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرند.
• به طور مشابه، β-آمیلازها نیز از نظر صنعتی مهم هستند زیرا برای حذف واحدهای مالتوز (Maltose) از بیرون به کار می‌روند.
• باسیلوس سوبتیلیس همچنین ایزومرازهای گلوکز (Glucose isomerase) تولید می‌کند که در مراحل نهایی پردازش نشاسته به شیرین کننده‌ها ضروری هستند. این آنزیم‌ها در تبدیل شربت‌های (Syrup) گلوکز به شربت ذرت با فروکتوز بالا مهم هستند.
• آنزیم‌های دیگری مانند سلولازها (Cellulase)، کیتینازها (Chitinase) و تانازها (Tannase) نیز در صنایع کاغذسازی و نساجی اهمیت صنعتی دارند.
• باسیلوس سوبتیلیس یکی از قوی‌ترین تولیدکننده‌های پروتئازهای قلیایی است که دارای محدوده pH قلیایی و پایداری حرارتی خوبی است. پروتئازهای قلیایی در تولید مواد شوینده و نرم کننده، از بین بردن موهای چرم و بازیابی نقره از فیلم‌های اشعه ایکس استفاده می‌شود.
• انواع آنزیم‌های باسیلوس سوبتیلیس به صورت تجاری از طریق مهندسی پروتئین جهت تولید آنزیم‌هایی با عملکرد بهبود یافته، تهیه شده‌اند.

2. آنتی‌بیوتیک‌ها

• گونه‌های مختلف باسیلوس سوبتیلیس کلاس‌های مختلفی از آنتی‌بیوتیک‌ها را تولید می‌کنند که در برابر باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی مختلف موثر هستند. این ترکیبات در مراحل اولیه اسپورزایی (Sporulation) تولید می‌شوند.
• باسیلوس سوبتیلیس همچنین در انتقال خوشه‌های ژن بیوسنتزی باسیتراسین (Bacitracin) از سایر گونه‌های باسیلوس مانند باسیلوس لیکنیفورمیس ( licheniformis) جهت تولید ترکیبات مؤثرتر استفاده شده است.
• باسیلوس سوبتیلیس سایر ترکیبات ضد میکروبی مانند سوبتیلین (Subtilin)، باسیلیزین (Bacilysin)، ساب‌اسپورین (Subsporin)، لیپولیگوپپتید (Lipooligopeptide) و ریزوکتیکین (Rhizocticin) را تولید می‌کند.
• آنتی‌بیوتیک لیپوپپتیدی (Lipopeptide) سورفاکتین (Surfactin) نیز توسط باسیلوس سوبتیلیس تولید می‌شود که دارای عملکرد ضد توموری، ضد ویروسی، ضد باکتریایی و هیپوکلسترولمی (Hypocholesterolemic) بالقوه است.

3. نوکلئوتیدهای پورین (Purine nucleotide)

• نوکلئوتیدها و نوکلئوزیدهای (Nucleoside) پورین در صنایع مختلف مانند پزشکی و به عنوان تقویت کننده طعم کاربرد دارند.
• باسیلوس سوبتیلیس با فرآیند شیمیایی متعاقب فسفوریلاسیون (Phosphorylation)، نوکلئوزید تولید می‌کند. در برخی موارد باسیلوس سوبتیلیس‌های جهش یافته برای تولید اینوزین (Inosine) استفاده می‌شوند که به راحتی از غشای سلولی عبور کرده و به محیط خارج سلولی می‌رسد.
• علاوه بر اینوزین، باسیلوس سوبتیلیس برای تولید نوکلئوتیدهای دیگر مانند گوانوزین (Guanosine)، ریبوفلاوین (Riboflavin) و اسید فولیک (Folic acid) نیز استفاده می‌شود.

4. ویتامین‌ها

• برخی از سویه‌های باسیلوس سوبتیلیس را می‌توان برای تولید محدود برخی ویتامین‌ها از طریق تخمیر استفاده کرد.
• فرآیندهایی مانند تکثیر ریبوفلاوین، کوبالامین (Cobalamin) و بیوسنتز بیوتین (Biotin) جهت تولید ویتامین‌ها به روش تجاری، مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند.
• محدودیت‌زدایی از سنتز پورین (Purine) و جهش در فلووکیناز-فلاوین آدنین دی‌نوکلئوتید سنتتاز (Flavokinase-flavin adenine dinucleotide synthetase) برای تولید ریبوفلاوین از باسیلوس سوبتیلیس مورد نیاز هستند.
• تکنیک‌های DNA بازپیوسته (Recombinant DNA) همراه با استراتژی‌های تخمیر، برای توسعه تجاری سطوح مهم ریبوفلاوین در باسیلوس سوبتیلیس، استفاده می‌شوند.

5. پلی-γ-گلوتامیک اسید

• پلی- γ-گلوتامیک اسید یک هموپلی‌آمید (homopolyamide) آنیونی طبیعی است که از واحدهای اسید D و L-گلوتامیک که توسط پیوندهای آمیدی به هم متصل شده‌اند، تشکیل شده است.
• اسید یک ترکیب قابل حل در آب، خوراکی و زیست تخریب‌پذیر است که در صنایع مختلف مانند مواد غذایی، آرایشی و بهداشتی و پزشکی کاربرد دارد.
• پلی-γ-گلوتامیک اسید و مشتقات آن به عنوان غلیظ کننده، مرطوب کننده، محافظت‌کننده از سرما، حامل دارو و جاذب فلزات سنگین استفاده می‌شود.
• علاوه بر این، می‌توان از آن برای تصفیه فاضلاب به عنوان فلوکولنت (Flocculent) بیوپلیمری و همچنین افزودنی در خوراک دام استفاده کرد.

6. دی-ریبوز (D-Ribose)

• دی-ریبوز اغلب به عنوان یک تقویت‌کننده طعم در محصولات مختلف صنعتی مانند لوازم آرایشی، دارویی، مواد غذایی و خوراک دام استفاده می‌شود.
• همچنین در درمان ایسکمی میوکارد (Myocardial ischemia) و دردهای عضلانی کاربرد دارد.
• برخی سویه‌های از باسیلوس سوبتیلیس می‌توانند دی-ریبوز را از طریق تخمیر تولید کنند که میزان این تولید می‌تواند با استفاده از فناوری مهندسی ژنتیک افزایش یابد.

همچنین بخوانید:

• بلاد آگار: ترکیب، مراحل آماده‌سازی، موارد استفاده
• محیط کشت چیست؟ آشنایی با انواع محیط کشت و کاربرد
• نوترینت آگار
• استافیلوکوکوس اورئوس چیست؟
• باسیلوس سرئوس: زیستگاه، ساختار، درمان و پیشگیری

منبع

مترجم: صادق حسینی‌کیا