Bacillus thuringiensis: caractéristiques, morphologie, cycle de vie

Bacillus thuringiensis est une bactérie appartenant à un grand groupe de bactéries gram-positives, certaines pathogènes et d'autres totalement inoffensives. C'est l'une des bactéries les plus étudiées en raison de son utilité en agriculture.

Cette utilité réside dans le fait que cette bactérie présente la particularité de produire lors de sa phase de sporulation des cristaux contenant des protéines qui se révèlent toxiques pour certains insectes constituant de véritables organismes nuisibles pour les cultures.

Parmi les caractéristiques les plus remarquables du Bacillus thuringiensis figurent sa grande spécificité, son innocuité pour les humains, les plantes et les animaux, ainsi que son caractère résiduel minimal. Ces attributs lui ont permis de se positionner comme l'une des meilleures options pour le traitement et la lutte contre les ravageurs des cultures.

L'utilisation réussie de cette bactérie est devenue évidente en 1938 lorsque le premier pesticide fabriqué avec ses spores est apparu. À partir de là, l'histoire a été longue et à travers elle, Bacillus thuringiensis a été ratifié comme l'une des meilleures options en matière de lutte contre les parasites de l'agriculture.

Taxonomie

La classification taxonomique de Bacillus thuringiensis est:

Domaine: Bactéries

Phylum: Firmicutes

Classe: Bacilli

Ordre: Bacillales

Famille: Bacillaceae

Genre: bacille

Espèce: Bacillus thuringiensis

Morphologie

Ce sont des bactéries qui ont la forme de barres aux extrémités arrondies. Ils présentent un motif de flagellation de périmètre, avec des flagelles réparties sur toute la surface de la cellule.

Il a des dimensions de 3-5 microns de longueur et 1-1, 2 microns de largeur. Dans leurs cultures expérimentales, on observe des colonies circulaires d'un diamètre de 3 à 8 mm, à bords réguliers et à l'aspect "verre dépoli".

Lors de l'observation au microscope électronique, les cellules allongées typiques, réunies en chaînes courtes, sont observées.

Cette espèce de bactérie produit des spores de forme ellipsoïdale caractéristique et situées dans la partie centrale de la cellule, sans provoquer de déformation de celle-ci.

Caractéristiques générales

Premièrement, Bacillus thuringiensis est une bactérie à Gram positif, ce qui signifie que lorsqu’il est soumis au processus de coloration de Gram, il acquiert une coloration violette.

De même, il s’agit d’une bactérie caractérisée par sa capacité à coloniser divers environnements. Il a été possible de l'isoler dans tous les types de sol. Il a une large répartition géographique, même en Antarctique, l'un des environnements les plus hostiles de la planète.

Présente un métabolisme actif, capable de fermenter des glucides tels que le glucose, le fructose, le ribose, le maltose et le tréhalose. Il peut également hydrolyser l'amidon, la gélatine, le glycogène et la N-acétyl-glucosamine.

Dans le même ordre d'idées, Bacillus thuringiensis est catalase positive, capable de décomposer le peroxyde d'hydrogène en eau et en oxygène.

Quand elle a été cultivée dans un milieu gélosé avec du sang, un schéma de bêta-hémolyse a été observé, ce qui signifie que cette bactérie est capable de détruire complètement les érythrocytes.

En ce qui concerne ses exigences environnementales pour la croissance, il nécessite des températures allant de 10 à 15 ° C à 40 à 45 ° C. De même, son pH optimal est compris entre 5, 7 et 7.

Bacillus thuringiensis est une bactérie aérobie stricte. Il doit obligatoirement se trouver dans un environnement offrant une grande disponibilité en oxygène.

Bacillus thuringiensis présente la particularité de générer, lors du processus de sporulation, des cristaux constitués d'une protéine appelée toxine delta. Au sein de ces deux groupes ont été identifiés: le Cry et le Cyt.

Cette toxine est capable de causer la mort de certains insectes qui sont de véritables ravageurs pour divers types de cultures.

Cycle de vie

B. thuringiensis a un cycle de vie en deux phases: une caractérisée par la croissance végétative, une autre par la sporulation. Le premier se produit dans des conditions favorables au développement, telles que les environnements riches en nutriments, le second dans des conditions défavorables, avec une pénurie de substrat alimentaire.

Les larves d'insectes telles que les papillons, les coléoptères ou les mouches, entre autres, peuvent se nourrir des feuilles, des fruits ou d'autres parties de la plante en ingérant des endospores de la bactérie B. thuringiensis .

Dans le tube digestif de l'insecte, en raison de ses caractéristiques alcalines, la protéine cristallisée de la bactérie se dissout et s'active. La protéine se lie à un récepteur dans les cellules intestinales de l'insecte, formant un pore qui affecte l'équilibre électrolytique, provoquant la mort de l'insecte.

Ainsi, la bactérie utilise les tissus de l'insecte mort pour se nourrir, se multiplier et former de nouvelles spores qui infecteront de nouveaux hôtes.

La toxine

Les toxines produites par B. thuringiensis présentent une action très spécifique chez les invertébrés et sont inoffensives chez les vertébrés. Les inclusions parasporales de B. thuringensis possèdent diverses protéines ayant une activité diverse et synergique.

B. thuringienisis a plusieurs facteurs de virulence qui incluent, outre les endotoxines delta Cry et Cyt, certaines exotoxines alpha et bêta, des chitinases, des entérotoxines, des phospholipases et des hémolysines, qui renforcent leur efficacité en tant qu'entomopathogènes.

Les cristaux de protéines toxiques de B. thuringiensis sont dégradés dans le sol par action microbienne et peuvent être dénaturés par l'incidence du rayonnement solaire.

Utilisations dans la lutte antiparasitaire

Le potentiel entomopathogène de Bacillus thuringiensis est fortement exploité depuis plus de 50 ans dans la protection des cultures.

Grâce au développement de la biotechnologie et à ses progrès, cet effet toxique a pu être utilisé par deux voies principales: la préparation de pesticides utilisés directement dans les cultures et la création d'aliments transgéniques.

Mécanisme d'action de la toxine

Afin de comprendre l’importance de cette bactérie dans le contrôle des parasites, il est important de savoir comment la toxine attaque dans l’organisme de l’insecte.

Son mécanisme d'action est divisé en quatre étapes:

Solubilisation et traitement des protoxines Cry : les cristaux ingérés par la larve de l'insecte se dissolvent dans l'intestin. Par action des protéases présentes, elles sont transformées en toxines actives. Ces toxines traversent la membrane dite péritrophique (membrane protectrice des cellules de l'épithélium intestinal).

Union aux récepteurs : les toxines se lient à des sites spécifiques situés dans les microvillosités des cellules intestinales de l'insecte.

Insertion dans la membrane et formation de pores : les protéines Cry sont insérées dans la membrane et provoquent la destruction totale des tissus par la formation de canaux ioniques.

Cytolyse : mort des cellules intestinales. Cela se produit par plusieurs mécanismes, le plus connu étant la cytolyse osmotique et l'inactivation du système qui maintient l'équilibre du pH.

Bacillus thuringiensis et pesticides

Une fois que l’effet toxique des protéines produites par la bactérie a été vérifié, son utilisation potentielle dans la lutte contre les parasites dans les cultures a été étudiée.

De nombreuses études ont été menées pour déterminer les propriétés pesticides de la toxine produite par ces bactéries. En raison des résultats positifs de ces enquêtes, Bacillus thuringiensis est devenu l'insecticide biologique le plus utilisé au monde pour lutter contre les parasites qui endommagent et affectent négativement les différentes cultures.

Les bioinsecticides Bacillus thuringiensis ont évolué au fil du temps. Du premier qui ne contenait que des spores et des cristaux, à ceux connus comme de troisième génération, qui contiennent des bactéries recombinantes qui génèrent la toxine bt et présentent des avantages tels que l’atteinte des tissus végétaux.

L'importance de la toxine produite par cette bactérie réside dans le fait qu'elle est non seulement efficace contre les insectes, mais également contre d'autres organismes tels que les nématodes, les protozoaires et les trématodes.

Il est important de préciser que cette toxine est totalement inoffensive chez d'autres types d'êtres vivants tels que les vertébrés, un groupe auquel l'être humain appartient. En effet, les conditions internes du système digestif ne sont pas adaptées à sa prolifération et à ses effets.

Bacillus thuringiensis et aliments transgéniques

Grâce aux avancées technologiques, notamment au développement de la technologie de l’ADN recombinant, il a été possible de créer des plantes génétiquement immunisées contre les effets des insectes qui ravagent les cultures. Ces plantes sont connues sous le nom générique d'aliments transgéniques ou d'organismes génétiquement modifiés.

Cette technologie consiste à identifier dans le génome de la bactérie la séquence de gènes codant pour l'expression de protéines toxiques. Par la suite, ces gènes sont transférés dans le génome de la plante à traiter.

Lorsque la plante grandit et se développe, elle commence à synthétiser la toxine précédemment produite par Bacillus thuringiensis, qui est alors immunisée contre l'action des insectes.

Cette technologie a été appliquée à plusieurs usines. Parmi ceux-ci sont le maïs, le coton, les pommes de terre et le soja. Ces cultures sont connues sous le nom de maïs bt, coton bt, etc.

Bien sûr, ces aliments génétiquement modifiés ont suscité certaines inquiétudes dans la population. Toutefois, dans un rapport publié par la United States Environment Agency, il a été déterminé que ces aliments, à ce jour, n’ont manifesté aucun type de toxicité ni de préjudice, ni chez l’homme ni chez les animaux supérieurs.

Effets sur l'insecte

Les cristaux de B. thuringiensis se dissolvent dans l'intestin de l'insecte avec un pH élevé et les protoxines. D'autres enzymes et protéines sont libérés. Ainsi, les protoxines deviennent des toxines actives qui s'attachent aux molécules de récepteur spécialisées des cellules de l'intestin.

La toxine de B. thuringiensis produit chez l'insecte une cessation de l'ingestion, une paralysie de l'intestin, des vomissements, des déséquilibres dans l'excrétion, une décompensation osmotique, une paralysie générale et finalement la mort.

En raison de l'action de la toxine, des dommages graves empêchant son fonctionnement se produisent dans les tissus intestinaux, ce qui affecte l'assimilation des nutriments.

Il a été considéré que la mort de l'insecte pourrait être causée par la germination de spores et la prolifération de cellules végétatives dans l'hémocèle de l'insecte.

Cependant, on pense que la mortalité dépendrait davantage de l'action des bactéries commensales qui habitent l'intestin de l'insecte et qu'après l'action de la toxine B. thuringiensis, elle pourrait causer une septicémie.

La toxine de B. thuringiensis n'affecte pas les vertébrés, car la digestion des aliments dans ces derniers est effectuée dans des milieux acides, où la toxine n'est pas activée.

Met en évidence sa grande spécificité chez les insectes, notamment les lépidoptères. Il est considéré comme inoffensif pour la majeure partie de l'entomofaune et n'a aucune action néfaste sur les plantes, c'est-à-dire qu'il n'est pas phytotoxique.