马氏巨杆菌

巨大芽孢杆菌无疑是微生物大家族中最生动的例子之一。它不仅是最大的细菌之一，长度可达100微米，而且其应用和适应性是多方面的、令人着迷的，并且有些独特。

更多关于其分类

巨大芽孢杆菌属于芽孢杆菌门芽孢杆菌科。它于1884年首次由de Bary描述，这些杆状、革兰氏阳性细菌基本上是好氧和产芽孢的。它们通常成对或成链出现。这种细菌的细胞通常通过多糖连接在一起，赋予细菌特定的结构，为其在不同环境中生存提供了更大的支持。

重新分类

最近，对不同植物物种内生细菌多样性的探索获得了巨大的动力。最常识别的属包括芽孢杆菌属 (Bacillus)、嗜麦芽寡养单胞菌属 (Stenotrophomonas)、伯克霍尔德氏菌属 (Burkholderia) 和假单胞菌属 (Pseudomonas)。通常，芽孢杆菌属在这个群体中占主导地位，尽管系统基因组学和比较基因组学方面的进展导致芽孢杆菌属的重新分类。这种分类学重新分类的直接后果之一是巨大芽孢杆菌变成了Priestia megaterium，因此在更普遍的芽孢杆菌系的新属中被区分开来。

Priestia megaterium因其表现出高度的抗菌活性并已用于控制植物病害而成为一种候选生物防治剂。研究表明，P. megaterium是从多种植物中分离出来的，例如苜蓿、黑胡椒、胡萝卜、三叶草、棉花、黄瓜、马铃薯、小麦、人参、石斛和玉竹。研究表明，P. megaterium通过三种重要的生长机制促进植物生长。首先，P. megaterium用有机酸溶解磷酸盐，这对于植物吸收营养非常必要。它影响植物激素和生长调节剂的浓度，从而积极促进植物生长。最后，P. megaterium作为生物农药或生物防治剂，从而保护植物免受病原威胁。

已发现几种P. megaterium菌株具有显著的生物防治活性。例如，从印度北阿坎德邦Jageshwar松树根际土壤中分离出的P. megaterium菌株B388通过产生挥发性抗菌化合物，有效抑制了交链格孢和尖孢镰刀菌等植物病原体。此外，Kong等人在2010年报道，来自中国东海黄海的海洋来源P. megaterium菌株可用于减少花生种子中的黄曲霉感染，这是首次在海洋来源菌株中报道的观察结果。在相关研究中，Xie等人发表了β-谷甾醇、山嵛酸和苯乙酸在植物病原菌中具有活性，这些病原菌是根癌农杆菌、胡萝卜软腐病菌和青枯雷尔氏菌；所有这些都从P. megaterium L2中分离得到。

最近，在两项广泛的基因组和16S rDNA测序分析中，使用了两种不同的宿主作为P. megaterium菌株的来源。测试了两种菌株对五种植物病原体和人类病原体（即黑腐病疫霉、立枯丝核菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌）的效率。然后通过液相色谱-质谱法分析了它们的提取物进行非靶向代谢组学，以深入了解它们之间的代谢差异。初步结果表明，宿主植物的变异会影响P. megaterium的抗菌活性，从而反映了微生物生物防治潜力宿主特异性代谢适应。

所做的累积工作和这里的研究将反映Priestia megaterium作为一种无害的环保生物防治剂的前景，它可以增强作物的抗逆性，并作为综合植物病害管理不可或缺的一部分。

分类学分类

• 域：细菌
• 门：芽孢杆菌门
• 纲：芽孢杆菌纲
• 目：核衣细菌目
• 科：芽孢杆菌科
• 属：Priestia
• 种：Priestia megaterium
• 学名 (LPSN)：Priestia megaterium de Bary 1884
• 同义词：巨大芽孢杆菌

Priestia megaterium以前被称为巨大芽孢杆菌。它是Priestia属中的一种革兰氏阳性、杆状细菌。它体积庞大，除了研究的众多方面外，还用于工业领域。

形态特征

以下是Priestia megaterium所拥有的独特形态特征

• 革兰氏染色：阳性
• 形状：杆状
• 运动性：不运动
• 溶血活性：已被证明具有溶血活性（第一类）

这些特征，即该生物体不运动且呈杆状，极大地有助于该生物体在不同栖息地中的特征描述和表现。

培养和生长要求

Priestia megaterium具有出色的培养要求和生长介质。列出的一些培养介质和生长要求包括以下内容

• 培养基
• 哥伦比亚琼脂

生长温度范围

它在最佳水平下生长：30°C，并且可以在22-45°C的更广泛温度范围内生长。

• 最低生长温度：该细菌在10°C下不生长。
  这些培养基，连同这些条件，为支持Priestia megaterium培养物的有效生长提供了必要的营养和环境，因此使其在实验室条件下易于生长。
  该细菌的生理特性和代谢途径是广泛的
• 氧耐受性：专性好氧菌，需要氧气才能生长。
• 芽孢形成：产生芽孢，增强其在恶劣条件下的生存能力。
• NaCl耐受性：它可以在高达8%的NaCl中生长，但在10%的NaCl中不能生长。

代谢活性

Priestia megaterium具有独特的代谢特征，如下所示

• 酶活性：该分离物产生乙偶姻、β-半乳糖苷酶和淀粉酶等。
• 碳源利用：它在各种化合物上选择性生长；在3-羟基苯甲酸酯和4-羟基苯甲酸酯中不生长。
• Priestia megaterium：它具有代谢灵活性，因此它是一种良好的工业用细菌，因为其酶促特性得到了利用。

分布与分离

Priestia megaterium在全球广泛分布，并从不同的环境中分离出来，主要包括

• 土壤分离株：7,776个
• 动物分离株：6,012个
• 植物分离株：3,107个
• 水体分离株：1,712个

上述在各种环境中的广泛分布表明了该细菌的生态多样性和适应性。

安全性和致病性

Priestia megaterium属于生物安全一级，因此在实验室中造成的风险极小。它通常是非致病性的；但是，它有时会导致人类轻微感染。然而，其低致病性和安全特性使其非常适合不需要隔离措施的研究和工业应用。

结构坚固性、代谢多功能性和广泛的环境适应性是区分Priestia megaterium的特征。从其工业用途到酶生产应用以及相对简单的培养要求，它确实是微生物研究和生物技术中的重要生物体。最小的生物安全要求和非常低的致病性使得该生物体可以安全使用，并扩大了实验室研究和商业应用的机会。

历史背景

20世纪80年代是巨大芽孢杆菌研究的关键十年。早在研究人员将枯草芽孢杆菌作为大多数革兰氏阳性研究的模式生物之前，巨大芽孢杆菌就被用于许多生物化学、芽孢形成和噬菌体研究。随着科学的进步，聚光灯已转移到其他生物，但最近，人们再次关注巨大芽孢杆菌在生物技术相关研究领域的应用。它产生大量重组蛋白的能力实际上使其成为现代研究和应用的一个引人入胜的主题。

有趣的是，这种细菌实际上已经经历了分类学上的转变；它已被重新分类到Priestia属，因此获得了当前的学名Priestia megaterium。

在各种条件下茁壮成长

巨大芽孢杆菌最吸引人的方面之一是它能够在广泛的温度范围内茁壮成长。它可以承受从零下3°C到炙热的45°C的条件，而理想的生长温度约为30°C。有趣的是，一些菌株，特别是来自南极地热湖的菌株，能在高达63°C的温度下生存。这种灵活性不仅说明了它的强大，也暗示了它作为一种内生菌（生活在植物内部，帮助植物抵抗疾病的有益细菌）的前景。

巨大芽孢杆菌的一些菌株可以固定大气中的氮——这是植物发育和生长必不可少的过程——这使得这种细菌成为农业工作者的好朋友。

工业用途

巨大芽孢杆菌在工业过程中已经存在了几十年。它的贡献有很多。

• 酶生产：该细菌产生青霉素酰胺酶，这是合成合成青霉素所必需的。此外，它还产生广泛用于烘焙行业的淀粉酶和用于血糖测试的葡萄糖脱氢酶。
• 生物活性化合物：除此之外，巨大芽孢杆菌还生产其他重要的生物活性化合物，这些化合物在合成过程中很重要。它们产生丙酮酸和维生素B12，以及具有杀真菌和抗病毒作用的环状脂肽，包括表面活性素、伊图林或防护素家族的脂肽。这些化合物对农业部门和制药工业都具有重要意义。

巨大芽孢杆菌也以生产聚-γ-谷氨酸这种令人兴奋的生物聚合物而闻名。它在2-10%的氯化钠浓度下产量很高。事实上，有一种菌株被描述为嗜盐菌，能够在高达15%的氯化钠中生长。

系统发育关系

该物种最近被置于复杂的系统发育框架内。它与芽孢杆菌属中的Flexus芽孢杆菌密切相关，后者在一百多年前被鉴定出来，但最近被承认为一个独立的物种。此外，尽管巨大芽孢杆菌在表型和遗传上与炭疽芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌等致病物种密切相关，但它相对无害。

广泛分布

巨大芽孢杆菌是真正世界性的，分布在所有可想象的环境中。它耐受土壤条件，为其提供养分循环，并在许多植物物种中作为内生菌。令人惊奇的是，它也可以从各种食物中回收，如蜂蜜和蜂花粉，而这些地方几乎没有微生物能生存。它还被发现在临床标本、皮革、纸张、石头甚至牛粪和帝王蛾毛虫粪便中。

因此，巨大芽孢杆菌不能被称为普通细菌；它是地球上生命丰富多样性和多功能性的证明。它在历史上和现在都成为实验的典范，作为生物技术和农业中的应用工具。在这一发现的推动下，巨大芽孢杆菌有望带来更多惊喜，巩固其在微生物世界中的地位。

革兰氏阳性细胞壁结构洞察

BiologyInsights 团队

对巨大芽孢杆菌的研究提供了对革兰氏阳性细菌典型结构和功能特征的复杂见解。该生物以其巨大的细胞尺寸和工业应用而闻名，例如酶生产和生物修复。它是探索细菌恢复力和适应性的绝佳模型。这种微生物的细胞壁结构展示了它如何在各种环境压力下生存，这具有科学和工业意义。

细胞壁结构

巨大芽孢杆菌的细胞壁是革兰氏阳性细菌结构独创性的完美例子。这是一层厚厚的肽聚糖，一种赋予机械强度并帮助巨大芽孢杆菌抵抗各种压力的聚合物。这种致密层中缺少外膜，这是革兰氏阳性细菌的特征，就像革兰氏阴性细菌一样，它们的层更薄，带有外膜。它赋予巨大芽孢杆菌弹性和适应性，使其能够在不断变化的环境中生存。

嵌入细胞壁内肽聚糖基质中的磷壁酸具有以下功能：作为阴离子聚合物，负责维持细胞壁功能，使细胞壁带负电荷，其与环境的相互作用取决于该电荷。带负电荷的磷壁酸与镁和钙等带正电离子之间的相互作用使得细胞过程的调节成为可能，包括控制细胞壁重塑中的酶活性。因此，可以控制细胞壁重塑中的酶，从而在环境条件下实现细胞生长和适应。

染色方法

包括巨大芽孢杆菌在内的革兰氏阳性细菌通过一种称为革兰氏染色的综合程序进行染色。该过程利用结晶紫染料，用于染色肽聚糖层保留的部分。因此，在显微镜下，巨大芽孢杆菌呈紫色。由于无法保持初级染色，革兰氏阴性细菌呈粉红色。

对芽孢杆菌属物种应用的大量芽孢染色程序是芽孢染色。在Schaeffer-Fulton方法中应用孔雀绿进行染色，该过程导致内生孢子呈现典型的绿色，反过来会使营养细胞呈现红色。这里的重点是巨大芽孢杆菌的内生孢子形成能力，因为即使在非常恶劣的条件下，其细胞似乎也是一个强大的实体：它必须多么灵活或它如何表现出它的韧性。

肽聚糖组成

巨大芽孢杆菌中完整性和功能的结构基础在于肽聚糖层。这种聚糖链由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸的重复单元组成，并通过短肽链交联，形成非常致密的网状结构，赋予细胞壁强度和柔韧性，同时在机械应力下保持细胞的原始形状。

肽聚糖合成受到严格调控，涉及多种酶，以便细胞壁能够扩张和重塑自身。整个过程从细胞质开始，合成前体分子，这些分子将被运出并穿过细胞膜。然后它与现有结构结合。酶有助于交联过程的交联程序，增强细胞壁的耐久性。

磷壁酸的作用

磷壁酸的功能不仅限于结构相关的作用：维持离子稳态，作为宿主-病原体之间防御机制的一部分，或在生物体与环境之间建立界面。通过维持细胞膜稳定功能，通过维持几种细胞作用来结合必需阳离子。最后，巨大芽孢杆菌主要通过改变细胞通透性和电荷来表现出抗菌肽防御。

磷壁酸也有助于细胞对环境的敏感性。它使自溶酶能够结合到表面，因此细菌可以在生长或环境变化时改变细胞壁结构。这种适应性对于细菌的有效发育和分裂至关重要。

通过研究巨大芽孢杆菌的细胞壁结构，可以对革兰氏阳性细菌有更深入的了解。这是因为，凭借厚实的肽聚糖层、所有必需的磷壁酸以及复杂的细胞壁合成和适应机制，巨大芽孢杆菌展示了细菌如何在各种环境条件下进化出坚固而柔韧的结构以茁壮成长。关于其细胞壁组成的信息拓宽了我们对细菌生理学的理解，但也为抗生素耐药性相关的工业和研究应用带来了宝贵的视角。

结论

巨大芽孢杆菌是一种高度通用和有用的微生物，在科学、农业和工业领域具有多种应用。由于它能够生产多种形式的酶、蛋白质和代谢物，并且能够在极端环境条件下生存，因此它已成为生物技术研发中的模式生物。该细菌的天然作用——植物生长的生物促进以及生物修复——展示了其生态意义以及可持续农业的潜力。此外，巨大芽孢杆菌作为酶和其他生物化合物的有效生产者，在各种行业中找到了利基，主要包括制药和环境工程。持续的研究继续揭示这种微生物的新可能性；这将继续带来其在开发解决粮食安全、医药和环境健康领域全球挑战的解决方案方面的希望。