深色芽孢桿菌晶體

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蘇雲金芽孢桿菌的有毒“伴孢”晶體。Jim Buckman/ P.R. Johnston。公共領域。

這張照片中是優雅的微觀死亡媒介。它們是由蛋白質而非礦物質製成的晶體，並非存在於晶洞中，而是在腸道中。昆蟲的腸道。它們是由蘇雲金芽孢桿菌產生的 Cry 蛋白晶體。您可能更熟悉它們的名稱：Bt 毒素。

Bt 毒素受到了很多負面報道，尤其是那些反對農作物基因工程的人。我在此的目的不是煽動這場辯論，而是向您展示蘇雲金芽孢桿菌毒素在自然狀態下是多麼神奇。

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蘇雲金芽孢桿菌是一種土壤細菌，就像許多與其同屬厚壁菌門的細菌一樣，厚壁菌門是一組主要為革蘭氏陽性菌的細菌。革蘭氏陽性菌具有非常厚、裸露的細胞壁，由糖和氨基酸的聚合物組成，稱為肽聚糖。它們似乎彼此關係相當密切。支原體，我幾周前寫過的，實際上是革蘭氏陽性菌，它們在與動物結合後脫落了細胞壁。我們可以透過它們的 DNA 來判斷。相比之下，革蘭氏陰性菌實際上並不是一個自然分組，而更像是一個“其他一切”。

產孢細菌是革蘭氏陽性菌的一個子集，它們所表現出的技巧確實令人難以置信。當條件惡化時，它們可以形成一個緊密的小型類似坦克的結構，稱為內生孢子。內生孢子是脫水的細菌生存包，包裹著厚厚的保護性蛋白質和肽聚糖層。點選此處檢視各層的精美橫截面。

炭疽桿菌內生孢子，更廣為人知的是炭疽病的病原體。內生孢子是圓形、亮白色的物體，仍然存在於其母細胞內。美國疾病控制與預防中心公共健康影像庫 #1893。公共領域。

內生孢子在內容物和外層包被上都與正常細菌不同。細胞質中吸出的水分足以使其變成凝膠狀，同時化學物質被插入 DNA 中以強化它。去除大部分水分有助於防止熱和光對 DNA 的損害，而將整個東西包裹在幾層保護層中則有助於保護孢子免受紫外線輻射和有害化學物質的侵害。

內生孢子可能進化為一種短期抗性結構，以允許在乾燥、炎熱、營養貧乏的條件下生存。但這些適應也使內生孢子能夠完成一些驚人的壯舉。例如，煮沸無法消滅它們，甚至高壓滅菌器——實驗室消毒器，可將玻璃器皿和溶液置於高溫 (121°C) 和高壓下——也只能殺死大多數內生孢子。內生孢子可以在有輻射遮蔽的條件下持續數百萬年，甚至可能 *數億年*。科學家聲稱已經復活了從二疊紀鹽晶中發現的細菌內生孢子——距今超過 2.5 億年前。

蘇雲金芽孢桿菌內生孢子具有一個特殊的功能。與內生孢子一起包裝的是一個巨大的晶體——伴孢晶體——幾乎與內生孢子本身一樣大（在此處檢視照片）。這就是 Cry 蛋白晶體，它是一種毒素。這是亞速爾大學關於孢子和晶體的影片，以及影片創作者稱之為“嵌入體”的東西。我不知道那是什麼。

從技術上講，該蛋白質是一種前毒素。在引入其宿主（通常是幼蟲）之前，它不是致命的。在宿主的腸道中，根據蘇雲金芽孢桿菌的菌株，可能包括蛾、蝴蝶、蒼蠅、蚊子和甲蟲的幼蟲，前毒素被宿主酶切割並呈現其致命形式。然後，這種蛋白質與幼蟲腸道內壁的細胞結合，從而啟動一個在細胞膜上穿孔的過程。細胞的重要液體流失，然後細胞破裂。結果：幼蟲死亡。

為什麼是晶體？為什麼是昆蟲？我不知道。產內生孢子的細菌幾乎都生活在土壤中；內生孢子是對土壤生活的一種良好適應，因為與海洋不同，那裡的條件變化很大。在土壤中，這些細菌專注於吃掉它們能找到的任何死亡物質，並且只是附帶地感染動物*。其他芽孢桿菌屬物種產生抗生素，以努力阻止它們的細菌競爭，因此也許 Bt 毒素是一種避免偶爾的昆蟲滅絕的方法。

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*包括我們。炭疽桿菌內生孢子會引起炭疽病。