Bacillus subtilis (thường gọi là trực khuẩn cỏ khô) là một loài vi khuẩn có lợi, được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, chăn nuôi, thủy sản và công nghiệp chế biến thực phẩm. Nhờ khả năng sinh enzyme ngoại bào mạnh mẽ, hình thành bào tử bền vững và cơ chế đối kháng vi sinh vật gây bệnh, Bacillus subtilis đã trở thành một trong những chủng vi sinh quan trọng nhất hiện nay.

Trong bài viết này, Bio-Floc sẽ cùng bạn tìm hiểu chi tiết về sự phân bố, đặc điểm hình thái – sinh hóa, khả năng sinh enzyme và cơ chế kháng khuẩn của Bacillus subtilis.

Sự phân bố của Bacillus subtilis

Bacillus subtilis có mặt rộng khắp trong tự nhiên, cả môi trường đất và nước, cho thấy khả năng thích nghi mạnh mẽ.

• Chúng thường được tìm thấy ở rơm, rạ, cỏ khô và lớp đất mặt, vì vậy còn được gọi là “trực khuẩn cỏ khô”.
• Xuất hiện trong ruột của nhiều loài động vật, góp phần cân bằng hệ vi sinh đường ruột.
• Có mặt trong nguyên liệu sản xuất như bột mì, bột gạo, và một số thực phẩm lên men truyền thống như mắm, tương, chao.
• Một nghiên cứu (2009) cho biết, mật độ Bacillus subtilis trong đất có thể đạt khoảng 10⁶ cfu/gram, chứng minh mức độ phổ biến của loài này.

Nhờ khả năng sống sót ở nhiều môi trường khác nhau, Bacillus subtilis ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp và công nghiệp sinh học.

Đặc điểm hình thái

Bacillus subtilis có những đặc điểm hình thái nổi bật giúp chúng tồn tại lâu dài và phát huy hiệu quả sinh học:

• Hình que (trực khuẩn), Gram dương, sinh bào tử điển hình.
• Kích thước: dài 1,5–10 µm, đường kính 0,25–1 µm.
• Tồn tại đơn lẻ hoặc xếp thành chuỗi ngắn.
• Có 8–12 lông roi nhỏ, giúp di động trong môi trường.
• Bào tử bầu dục, kích thước 0,8–1,8 µm, được bao bọc bởi nhiều lớp màng lipoprotein và peptidoglycan.

Điểm đặc biệt: bào tử Bacillus subtilis cực kỳ bền vững, có thể chịu được:

• Nhiệt độ 100ºC trong 180 phút.
• Môi trường pH thấp, ẩm, tia tử ngoại, phóng xạ, chất sát trùng.
• Thời gian sống kéo dài từ vài năm đến vài trăm năm (có nghiên cứu ghi nhận tới 200–300 năm).

Nhờ cơ chế nảy mầm từ bào tử, vi khuẩn dễ dàng tái sinh khi gặp điều kiện thuận lợi, giúp duy trì mật độ ổn định trong môi trường.

Đặc điểm sinh hóa

Bacillus subtilis có khả năng lên men không sinh khí nhiều loại đường (glucose, maltose, mannitol, saccharose, xylose, arabinose).
Một số đặc tính sinh hóa tiêu biểu:

• Indol (-), VP (+), nitrate (+), H₂S (-).
• NH₃ (+), catalase (+), amylase (+), casein (+), citrate (+).
• Khả năng di động (+), hiếu khí (+).

Điều kiện phát triển tối ưu:

• Nhiệt độ: 37ºC.
• pH thích hợp: 7,0 – 7,4.
• Dù là vi khuẩn hiếu khí, Bacillus subtilis vẫn có thể phát triển trong môi trường thiếu oxy, tạo ra lợi thế ứng dụng trong nhiều điều kiện khác nhau.

Khả năng sinh enzyme

Một trong những giá trị lớn nhất của Bacillus subtilis là khả năng sinh tổng hợp nhiều enzyme ngoại bào có lợi, bao gồm:

• Protease, amylase, lipase, cellulase – hỗ trợ phân hủy protein, tinh bột, chất béo, chất xơ.
• Các enzyme thủy phân mạnh giúp cải thiện tiêu hóa cho động vật.
• Sản xuất vitamin, axit amin và nhiều hợp chất sinh học khác.

Ví dụ nghiên cứu:

• Bacillus subtilis Y-108 có thể khử protein từ chất thải giáp xác, thu được enzyme protease với hoạt độ cao (20,2 UI/ml).
• B. subtilis HAINUP40 bổ sung vào thức ăn cá rô phi giúp tăng hoạt động enzyme tiêu hóa sau 4–8 tuần (Liu et al., 2017).

Ngoài ra, Bacillus subtilis còn có khả năng:

• Phân hủy thức ăn dư thừa, xác tảo → giảm ô nhiễm môi trường nước.
• Chuyển hóa các khí độc như NH₃, NO₂ thành dạng ít độc (NH₄⁺, NO₃⁻).
• Giảm COD, H₂S trong ao nuôi.

Nhờ vậy, Bacillus subtilis trở thành chế phẩm sinh học lý tưởng trong nông nghiệp và thủy sản.

Cơ chế đối kháng vi khuẩn gây bệnh

 

Bacillus subtilis không chỉ hỗ trợ tiêu hóa, cải thiện môi trường mà còn có khả năng ức chế mầm bệnh nhờ nhiều cơ chế khác nhau:

Sản xuất chất kháng sinh và bacteriocin

• Có khả năng tổng hợp hơn 12 loại kháng sinh tự nhiên như Bacitracin, Bacillopectin, Mycobacillin, Bacilysin, Prolimicin…
• Ức chế cả vi khuẩn Gram (-), Gram (+) và nấm gây bệnh.

Cạnh tranh vị trí và dinh dưỡng

• Phát triển nhanh trong hệ vi sinh đường ruột.
• Hình thành lớp màng sinh học bảo vệ niêm mạc ruột.
• Ngăn chặn sự xâm nhập của vi sinh vật có hại.

Kích thích hệ miễn dịch

• Thúc đẩy tiết kháng thể miễn dịch IgA trên bề mặt niêm mạc.
• Tăng khả năng chống chịu bệnh tật cho động vật.

Ví dụ: Nghiên cứu của Hadi Zokaeifar (2014) cho thấy Bacillus subtilis cải thiện chất lượng nước, hiệu suất tăng trưởng và khả năng miễn dịch ở tôm thẻ chân trắng, giúp chống lại Vibrio harveyi – tác nhân gây bệnh nguy hiểm.

Bacillus subtilis là một trong những vi khuẩn có lợi quan trọng nhất, với khả năng sinh enzyme ngoại bào mạnh, tạo bào tử bền vững, cơ chế đối kháng mầm bệnh hiệu quả. Việc ứng dụng Bacillus subtilis không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sản xuất trong nông nghiệp – thủy sản mà còn góp phần xây dựng một nền nông nghiệp xanh, sạch và bền vững.

Tại Bio-Floc, chúng tôi nghiên cứu, sản xuất và cung cấp nguyên liệu vi sinh hoạt tính sinh học cao, trong đó có chủng Bacillus subtilis tinh tuyển, nhằm mang lại giải pháp tối ưu cho các nhà máy và doanh nghiệp.

Liên hệ ngay với Bio-Floc để được tư vấn giải pháp vi sinh phù hợp cho ngành nông nghiệp, chăn nuôi và thủy sản.

Nguyên liệu vi sinh hoạt tính sinh học cao cho ngành nông nghiệp