Vi khuẩnB.velezensisthuộc nhóm vi khuẩn kỵ khí tùy nghi. Chúng phân bố hầu hết trong môi trường tự nhiên, phần lớn cư trú trong đất và rơm rạ, cỏ khô nên được gọi là “trực khuẩn cỏ khô”, thông thường đất trồng trọt có khoảng 106 – 107 x 106 (cfu/g). Đất nghèo dinh dưỡng ở vùng sa mạc, đất hoang thì sự hiện diện của chúng rất hiếm. Ngoài ra, chúng còn có mặt trong các nguyên liệu sản xuất như bột mì (trong bột mì vi khuẩn B.velezensischiếm 75 – 79% vi khuẩn tạo bào tử), bột gạo, trong các thực phẩm như mắm, tương, chao… B.velezensis đóng vai trò đáng kể về mặt có lợi cũng như mặt gây hại trong quá trình biến đổi sinh học.
B.velezensis có khả năng dùng các hợp chất vô cơ làm nguồn carbon trong khi một số loài khác như Bacillus sphaericus, Bacillus cereus cần các hợp chất hữu cơ là vitamin và amino acid cho sự sinh trưởng. Đặc biệt các loài như Bacillus popilliae, Bacillus lentimobus có nhu cầu dinh dưỡng phức tạp, chúng không phát triển trong môi trường nuôi cấy vi khuẩn thông thường như: Nutrient Agar (NA), Nutrient Broth (NB).
1.4.2. Bào tử của vi khuẩnB.velezensis
Bào tử là một hình thức tiềm sinh của vi khuẩn, nó giúp cho vi khuẩn vượt qua những điều kiện bất lợi như: môi trường nghèo dinh dưỡng, nhiệt độ, pH không thích hợp, môi trường tích luỹ nhiều sản phẩm trao đổi chất bất lợi… Mỗi vi khuẩn chỉ tạo được một bào tử. Khi gặp điều kiện thuận lợi, bào tử sẽ nảy mầm để trở về dạng tế bào sinh dưỡng.
1.4.3. Cấu tạo của bào tử
Bào tử là một khối nguyên sinh chất đặc, có chứa các thành phần hoá học cơ bản như ở tế bào sinh dưỡng nhưng có một vài điểm khác về tỉ lệ giữa các thành phần và có thêm một số thành phần mới. Phía ngoài của nguyên sinh chất được bao bọc bởi nhiều lớp màng.
Ngoài cùng của bào tử là một lớp màng, rất mỏng nhưng không thấm nước, cấu tạo chủ yếu là lipoprotein. Dưới lớp màng là vỏ, vỏ bào tử có nhiều lớp, bề mặt của các lớp này xù xì, thành phần hoá học là protein và có sự tham gia của keratin đây là những lớp có khả năng ngăn chặn sự thẩm thấu của nước và các chất hoà tan trong nước, chúng có tác dụng tăng cường khả năng bảo vệ bào tử trước các điều kiện bất lợi. Dưới lớp vỏ là lớp màng trong của bào tử và trong cùng là một khối tế bào chất đồng nhất.
Trong các bào tử tự do không tồn tại sự trao đổi chất, vì vậy có thể giữ ở trạng thái tiềm sinh trong nhiều năm (Lê Đỗ Mai Phương. 2004). Bào tử khác tế bào sinh dưỡng về cấu trúc, thành phần hoá học, tính chất sinh lí.
1.4.3.1. Sự hình thành sinh bào tử
Nhờ khả năng tạo bào tử mà vi khuẩn có thể tồn tại được trong các điều kiện bất lợi (dinh dưỡng trong môi trường cạn kiệt, môi trường tích lũy các sản phẩm trao đổi chất có hại và nhiệt độ cao…).
Quá trình hình thành bào tử gồm các bước như sau:
Hình thành những búi nhiễm sắc.
Tạo tiền bào tử.
Tiền bào tử hình thành hai lớp mảng, tăng cao tính bức xạ.
Tổng hợp các lớp vỏ bào tử.
Giải phóng bào tử.
Hình 1.4.Quá trình hình thành bào tử
Khi bào tử gặp điều kiện thuận lợi thì bào từ sẽ nảy mầm, phát triển thành tế bào sinh dưỡng mới (Nguyễn Lân Dũng và cộng sự, 2003).
1.4.3.2. Thành phần hoá học của bào tử
Các lớp bao và màng của bào tử có cấu tạo cơ bản là protein có chứa nhiều glycine, tyrosine và đặc biệt là cystein, ngoài ra còn có sự tham gia của keratin.
Nguyên sinh chất của bào tử có chứa nhiễm sắc thể, ribosome và enzyme chuyển hoá ở trạng thái không hoạt động. Khi bào tử nảy mầm thì những enzyme này bắt đầu hoạt động. Bào tử có chứa một lượng lớn canxi, magie và acid dipicolinic. Acid này chiếm từ 5- 12% khối lượng khô của bào tử (acid này không bao giờ có trong tế bào sinh dưỡng, nó được hình thành trong quá trình hình thành bào tử và mất đi khi nảy mầm).
Lượng nước trong bào tử rất thấp và tồn tại ở dạng liên kết.
1.4.4. Bộ gen củaB.velezensis
Năm 1997, người ta đã hoàn tất việc nghiên cứu về trình tự gen củaB.velezensis lần đầu tiên công bố trình tự gen của vi khuẩn này. Bộ gen chứa 4,2 mega-base, xấp xỉ 4.110 gen. Trong số đó, chỉ có 192 gen không thể thiếu được, 79 gen được dự đoán là thiết yếu. Phần lớn gen thiết yếu đều có liên quan với quá trình trao đổi chất của tế bào.
1.4.5. Tính chất đối kháng
Với vi sinh vật gây bệnh, mỗi loài sinh vật khác nhau sẽ thích hợp ở điều kiện môi trường khác nhau, sinh khuẩn lạc khác nhau. Thay đổi môi trường hoặc các yếu tố
môi trường bất lợi là làm thay đổi điều kiện sống, làm hạn chế hoặc ức chế sự phát triển của vi sinh vật. Thực tế khi môi trường nuôi cấy nấm bệnh có sự hiện diện của B.velezensis với một số lượng lớn sẽ xảy ra sự cạnh tranh dinh dưỡng. Cạnh tranh không gian sinh sống giữa vi khuẩn và nấm. Do vi khuẩn phát triển nhanh hơn (trong 24 giờ) sẽ sử dụng phần lớn các chất dinh dưỡng trong môi trường, đồng thời tạo ra một số loại kháng sinh nên sự sinh trưởng của nấm bị ức chế (Nguyễn Lân Dũng và Hoàng Đức Thuận, 1976).
1.4.6. Phân loại
Theo phân loại của Bergey (1974),B.velezensisthuộc:
Giới (Kingdom):Bacteria.
Ngành (Division): Firmicutes.
Lớp (Class): Bacilli.
Bộ (Order): Bacillales.
Họ (Family):Bacillaceae.
Giống (Genus):Bacillus.
Loài (Species): Bacillus velezensis.
1.4.7. Đặc điểm nuôi cấy
Điều kiện phát triển: hiếu khí, nhiệt độ tối ưu là 370C.
Nhu cầu O2: B.velezensislà vi khuẩn hiếu khí nhưng lại có khả năng phát triển yếu trong môi trường thiếu oxy.
Môi trường:Môi trường thạch đĩa BHIB: khuẩn lạc dạng tròn, lồi, rìa không đều, màu trắng đục, đường kính ≤ 0.5 mm.
1.4.8. Cấu trúc kháng nguyên
B.velezensis có kháng nguyên H và O, cấu trúc kháng nguyên dạng D và L - acid glutamic. Sản sinh kháng sinh subtilin và bacitracin có tác dụng ức chế vi khuẩn G+ và G-.
Bệnh học: đa số chủngB.velezensiskhông gây bệnh.
1.4.9. Tính đối kháng củaB.velezensisvới một số vi sinh vật gây bệnh
DoB.velezensis là vi khuẩn bắt buộc đường ruột nên ngoài khả năng chịu đựng được acid dạ dày, các chất dịch tiêu hoá trong đường ruột. Chúng còn có khả năng đấu tranh lại với các vi sinh vật gây bệnh ở đường ruột.
B.velezensis với một số lượng lớn sẽ gây ra sự cạnh tranh dinh dưỡng, cạnh trạnh không gian sống giữa vi khuẩn và nấm. Do vi khuẩn phát triển nhanh hơn (trong 24h) sẽ sử dụng phần lớn các chất dinh dưỡng trong môi trường, đồng thời tạo ra kháng sinh subtilin nên sự sinh trưởng của nấm bị ức chế.
Với đồng loại, các chuyên gia tại Đại Học Havard, Mỹ cho biết: khi chất dinh dưỡng bắt đầu cạn kiệt, các vi sinh vật đối phó bằng cách chuyển sang tình trạng “ngủ đông”, hay nghỉ ngơi trong một thời gian dài.B.velezensis thực hiện điều đó bằng cách tạo ra bào tử, có thể duy trì trạng thái sống tiềm tàng trong nhiều năm, thậm chí hàng thế kỉ. Tuy nhiên trong thí nghiệm của mình, nghiên cứu nhận thấy ở giai đoạn rất sớm của sự hình thành bào tử, một vài tế bào Bacillus đã tạo ra kháng sinh để giết chết những tế bào vi khuẩn ở bên cạnh chưa bắt đầu quá trình này. Chất kháng sinh sẽ phá vỡ màng tế bào vi khuẩn bị tấn công, giải phóng chất dinh dưỡng và được tế bào đang hình thành bào tử tiêu thụ.
Theo các nhà nghiên cứu trên, quá trình tạo bào tử tiêu tốn một lượng lớn năng lượng, phải mất vài giờ và khi đã bắt đầu thì không thể đảo ngược. Do đó, vi khuẩn sẽ cố gắng tránh thời điểm đó càng lâu càng tốt. Đặc biệt, khi dinh dưỡng trong môi trường đã cạn kiệt, vi khuẩn sẽ tiêu diệt những kẻ xung quanh để hút chất dinh dưỡng và kéo dài thời kì chờ đợi này, cho đến khi phải chuyển sang sống tiềm sinh (Nguyễn Thị Công Dung, 2004).
1.4.10. Đặc điểm có lợi của vi khuẩnB.velezensis 1.4.10.1. Sinh enzyme ngoại bào.
Vi khuẩnB.velezensiscó khả năng sản xuất rất nhiều các loại enzyme tiêu hóa khác nhau dựa vào nguồn cơ chất khác nhau, bao gồm các enzyme:
a. Enzyme amylase
B.velezensis có thể tổng hợp nên enzyme α - amylase. Dưới tác dụng của α – amylase tinh bột và các sản phẩm chứa tinh bột sẽ bị thủy phân thành đường glucose. Enzyme α – amylase củaB.velezensisphân giải tinh bột nguyên nhanh hơn 2 – 2,5 lần so với bình thường.
b. Enzyme protease
Enzyme protease là nhóm enzyme xúc tác quá trình thuỷ phân liên kết liên kết peptide (-CO-NH-)n trong phân tử protein, polypeptide đến được sản phẩm cuối cùng là các amino acid. Protease là enzyme quan trọng, cần thiết cho các sinh vật sống, rất đa dạng về chức năng từ mức độ tế bào, cơ quan đến cơ thể vì protease có khả năng phân hủy protein tạo thành acid amin giúp cho sinh vật dễ hấp thu hơn và tổng hợp cấu trúc cơ thịt của vật nuôi.
c. Enzyme lipase
Lipase là enzyme tan được trong nước, xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết ester trong chất nền lipid không tan trong nước tạo thành glycerol và acid béo giúp cho quá trình hấp thu chất béo tốt hơn.
Lipase thực hiện chức năng cần thiết trong quá trình vận chuyển, tiêu hóa và xử lý các chất béo của chế độ ăn như triglyceride, dầu, mỡ trong hầu hết các sinh vật sống.