Một trong những vi khuẩn đầu tiên được Ehrenberg mô tả vào năm 1835 là “Vibrio subtilis” [106]. Đến năm 1872, Cohn đã đặt lại tên cho sinh vật này là
Bacillus subtilis. Sinh vật này là một thành viên điển hình của một chi lớn và đa dạng, được đề xướng bởi Cohn, thuộc về họ Bacillaceae. Bacillus là một chi lớn với gần 200 loài vi khuẩn hiếu khí, hình que thuộc ngành Firmicutes, có khả năng sinh
nội bào tử với nhiều hình dạng khác nhau như bầu dục, tròn hay cầu hoặc khúc xạ trụ bên trong tế bào, để chống chịu các điều kiện bất thường của môi trường sống. Các bào tử được mô tả lần đầu tiên bởi Cohn trong B. subtilis và sau đó được Koch mô tả trong vi khuẩn gây bệnh than B. anthracis. Cohn đã phát hiện ra tính kháng nhiệt của bào tử B. subtilis và Koch đã mô tả chu trình phát triển cuả B. anthracis từ tế bào sinh dưỡng đến bào tử và ngược lại. Vai trò chính của chúng là tham gia vào chu trình nitơ và cacbon, đa số các loài vi khuẩn Bacillus là không gây bệnh, tuy nhiên có một số loài được biết đến bởi khả năng gây bệnh cho vật nuôi (như
Bacillus anthracis và Bacillus cereus) và gây bệnh cho côn trùng (như Bacillus thuringiensis). Nhiều loài vi khuẩn Bacillus, đặc biệt là nhóm B. subtilis, có tiềm năng sản xuất các sản phẩm thương mại ứng dụng trong y học, trong nông nghiệp và trong công nghiệp thực phẩm. Vì lẽ đó, Bacillus đã được quan tâm nghiên cứu ở mọi cấp độ trong tế bào như giải mã trình tự genome của vi khuẩn, nghiên cứu cơ chế điều hòa và biểu hiện enzyme và protein, sàng lọc các chất hoạt tính sinh học từ các sản phẩm trao đổi chất bậc hai cũng như ứng dụng các kỹ thuật sinh học hiện đại trong phân loại vi sinh vật ở cấp độ loài và dưới loài [19, 61, 121].
Hệ thống phân loại Bacillus dựa trên phân tích trình tự đoạn gen 16S rRNA bắt đầu từ những năm 1990 [8]. Theo đó, B. subtilis Cohn 1872 và những loài có quan hệ gần gũi như B. amyloliquefaciens, B. licheniformis, B. megaterium, B. coagulans, B. anthracis, B. cereus và B. thuringensis được xếp vào phân nhóm thứ nhất (hay còn gọi là nhóm “Bacillus sensu tricto”) trong tổng số 5 phân nhóm. Hơn 20 năm qua, nhiều loài vi khuẩn có quan hệ gần gũi với B. subtilis đã được phân lập và mô tả. Chúng bao gồm ít nhất 9 loài là Bacillus amyloliquefaciens , Bacillus atrophaeus, Bacillus axarquiensis, Bacillus malacitensis, Bacillus mojavensis,
Bacillus sonorensis, Bacillus tequilensis, Bacillus vallismortis và Bacillus velezensis. Phương pháp phân loại truyền thống dựa trên hình thái tế bào, bào tử cũng như các đặc tính sinh hóa không có khả năng phân tách các loài này. Hơn nữa, hầu hết các loài này đều có mức độ tương đồng đoạn gen ADNr 16S rất cao (lớn hơn 99%) mặc dù kết quả lai DNA-DNA của từng loài với B. subtilis nhỏ hơn 70%. Sự giống nhau về đặc điểm sinh hóa và kiểu hình ở mức độ cao này đã gợi ý cho
Gordon và cộng sự (1973) xếp những loài có quan hệ họ hàng gần với B. subtilis (9 loài vi khuẩn Bacillus trên) vào ‘subtilis-group’ hoặc ‘subtilis-spectrum’ và việc định danh các loài trong nhóm này đòi hỏi phải sử dụng tổ hợp nhiều kỹ thuật phân loại hiện đại. Nhiều loài trong nhóm này đã được phân tách thành các loài phụ như
B. subtilis được chia thành B. subtilis subsp. subtilis, B. subtilis subsp. spizizenii, B. subtilis subsp. inaquosorum; B. amyloliquefaciens được chia thành B. amyloliquefaciens subsp. amyloliquefaciens và B. amyloliquefaciens subsp.
plantarum [13, 85, 119]. Bên cạnh việc phân loại dựa trên trình tự gen 16S rRNA, một số gen khác như DNA gyrase subunit A (gyrA), DNA gyrase subunit B (gyrB) và two-component sensor histidine kinase (CheA) đã được sử dụng phân loại các loài trong nhóm B. subtilis [21, 114,152]. Gần đây, xây dựng cây phát sinh chủng loại trên trình tự đa gen (gyrA, rpoB, purH, polC, groEL và ADNr 16S) đã được ứng dụng trong phân loại các loài hoặc dưới loài B. subtilis. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã ứng dụng kỹ thuật phân tích trình tự đa gen để phân loại chính xác đến loài [62, 119].
Bacillus là một chi vi khuẩn hóa dưỡng vô cơ phân bố rộng rãi trong tự nhiên, với đặc điểm điển hình phân biệt với các chi khác trong họ Bacillaceae là sinh trưởng hiếu khí tuyệt đối hoặc tùy tiện, dạng que và sản xuất các enzyme xúc tác ngoại bào và nhiều loài có sinh ra các chất kháng sinh. Đặc tính chung của Bacillus
là vi khuẩn Gram dương, tế bào hình que thẳng, kích thước 0,5-2,5 x 1,2-10µm, hầu hết chuyển động, sinh trưởng hiếu khí hoặc hiếu tùy tiện, hầu hết có phản ứng catalase dương tính, tất cả đều hình thành nội bào tử. Các bào tử không bắt màu Gram, làm biến dạng tế bào hoặc không làm biến dạng tế bào mang của nó tùy theo loài. Các loài Bacillus đa dạng về sinh lý, sinh thái. Một số chủng có khả năng sinh trưởng tốt trên môi trường chứa glucose, photphatamon và một số muối khoáng khác. Bacillus rất phổ biến trong tự nhiên, nhất là trong đất, ở đây chúng góp phần đáng kể vào sự phân hủy chất hữu cơ nhờ khả năng sinh ra những enzyme có hoạt tính mạnh. Đa số các chủng Bacillus đều sinh trưởng được trong khoảng pH rộng. Các loài ưa kiềm có pH cực thuận là 8 thậm chí sinh trưởng được ở pH 12. Các
chủng ưa axit có khoảng pH là 2,0 - 6,0. Các chủng trung tính sinh trưởng tốt ở pH tối ưu là 7 [106].
Bacillus amyloliquefaciens là một loài vi khuẩn thuộc chi Bacillus được một nhà khoa học người Nhật bản là Fukumoto phát hiện trong đất năm 1943 và được đặt tên dựa trên khả năng sản xuất amylase ngoại bào (theo tiếng Latin: faciens - sản xuất, lique - lỏng, amylo – amylase). Tại thời điểm đó, B. amyloliquefaciens
được xem như một dòng khác của loài B. subtilis hay loài phụ B. subtilis subsp.
amyloliquefaciens. Đến năm 1987, B. amyloliquefaciens mới được tách ra thành một loài riêng dựa trên kết quả lai DNA lần lượt là 23, 15 và 5% so với các loài B. subtilis, B. licheniformis và B. pumilus [104]. Từ đó đến nay, nhiều chủng B. amyloliquefaciens phân lập từ các hệ sinh thái khác nhau ở các vùng địa lý khác nhau đã được công bố. Borriss và cộng sự (2010) đã chứng minh sự khác biệt về chỉ số lai ADN, chỉ số so sánh hệ gen, tính tương đồng của toàn bộ hệ genome và phổ các chất hoạt tính lipopeptide và polypeptide giữa một nhóm B. amyloliquefaciens
DSM 7 có khả năng và một nhóm B. amyloliquefaciens FZB42 không có khả năng sống nội cộng sinh trong rễ cây thực vật. Dựa vào kết quả thu được, Borriss đã đề xuất tách B. amyloliquefaciens thành 2 nhóm loài phụ là B. amyloliquefaciens
subsp. plantarum (có khả năng sống nội cộng sinh trong rễ cây thực vật) và B. amyloliquefaciens subsp. amyloliquefaciens (không có khả năng sống nội cộng sinh trong rễ cây thực vật) [13]. Mặc dù nghiên cứu của Borriss và cộng sự (2010) không đề xuất kỹ thuật phân tích trình tự đa gen nhưng trên cây phân loại 6 gen của Rooney và cộng sự (2010) đã chỉ rõ sự tách biệt giữa 2 nhóm B. amyloliquefaciens
DSM 7 và B. amyloliquefaciens FZB42. Vì vậy, khi phân tích cây phát sinh chủng loại trên nhóm vi khuẩn B. subtilis phân lập từ thực phẩm lên men tại Nhật Bản, Kobo và cộng sự (2012) đã ứng dụng phân tích trình tự 6 gen và đã phân tách rõ ràng các chủng dưới loài B. amyloliquefaciens.
Bacillus amyloliquefaciens là một vi sinh vật an toàn (GRAS) do đó B. amyloliquefaciens được biết đến với nhiều ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm thương mại như sản xuất enzyme công nghiệp. Enzyme từ Bacillus như amylase,
cellulose, protease và lipase có nhiều đặc tính quý như khả năng hoạt động tốt trong dải pH rộng và bền nhiệt. Do đó, enzyme từ Bacillus đã được ứng dụng nhiều trong công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp dệt may, công nghiệp giấy và công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa. Từ những năm 1943, B. amyloliquefaciens đã được sử dụng để sản xuất 2 loại enzyme cung cấp trên thị trường là α-amylase và protease, với sersine protease (subtilisin BPN’) cung cấp cho thị trường sản xuất chất tẩy rửa [38, 104]. Bên cạnh đó, nhóm B. amyloliquefaciens nội cộng sinh rễ cây sinh phytase đã được công bố và gen mã hóa phytase đã được biểu hiện thành công trong tế bào B. subtilis [47]. Phytase là enzyme phân giải phytate khó tan trong các loại rau, củ và quả thành myo-inositol và các dạng phosphate hòa tan dễ hấp thụ trong hệ tiêu hóa động vật. Vì vậy, phytase đã được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng thức ăn cho nhóm động vật dạ dầy đơn và làm giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường do hàm lượng phosphate dư thừa thải ra môi trường nước [32]. Đặc biệt Bacillus amyloliquefaciens được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thuộc da sử dụng protease kiềm của Bacillus amyloliquefaciens cho việc làm rụng lông và da. Việc xử lý da bằng cách sử dụng enzym là tốt nhất vì nó mang lại nhiều lợi thế: dễ dàng kiểm soát, nhanh chóng và giảm được chất thải, xử lý bằng enzym sẽ tiêu hủy các sắc tố không mong muốn, làm tăng diện tích da và do đó thu được da sạch. Nhiều chất kháng sinh có bản chất peptide tổng hợp không qua ribosome cũng đã được công bố từ loài B. amyloliquefaciens như bacylicin, lipopeptide (surfactin, fengycin, iturin và bacillomycin) và polyketide (difficidin, bacillaene và macrolactin) [6, 7, 121]. Ngoài ra B. amyloliquefaciens còn có khả năng sinh các chất kháng nấm và IAA kích thích sinh trưởng thực vật, tăng khả năng hấp thu dưỡng chất của cây do khả năng sống nội cộng sinh trong rễ cây [47].
B. amyloliquefaciens là những vi sinh vật an toàn (GRAS) và có thể dùng như probiotics để bổ sung vào thức ăn hoặc nước uống nhằm cân bằng hệ vi sinh đường ruột.
Phytase của các chủng thuộc loài Bacillus amyloliquefaciens là β propeller phytase với trung tâm hoạt động có vị trí ái lực cao với Ca2+. Đây là loại phytase
khá bền nhiệt, có tính đặc hiệu cơ chất rất cao với phytate nhưng lại biểu hiện rất ít hoặc không có hoạt tính đối với các loại cơ chất esters phosphate khác. Sự có mặt của Ca2+ cũng làm tăng tính bền nhiệt của phytase loại này [139, 149].