Historie

Bakteriociny jsou malé, ribosomálně produkované peptidy s antimikrobiálními vlastnostmi. Obvykle jsou popisovány jako látky s velmi úzkou specifitou, často zaměřené na podobně příbuzné bakteriální druhy nebo kmeny. Některé bakteriociny mají široké spektrum účinnosti, jak jsme pozorovali ve shodě s literaturou. Tyto molekuly mají velký potenciál pro průmyslové využití.

Níže uvedené video ukazuje, jak mohou bakteriociny ovlivňovat růst bakterií. Horní video ukazuje normální růst E. coli (dvě hodiny růstu v LB médiu a následně osm hodin v roztoku BEZ bakteriocinů). Spodní video ukazuje E. coli pěstovanou za stejných podmínek, ale v roztoku S bakteriociny. (časosběrná mikroskopie v kombinaci s mikrofluidním zařízením laboratoře buněčné a molekulární mikrobiologie na ULB)

Pro zobrazení tohoto videa nemáte dostatečnou úroveň svobody. Podpořte svobodný software a proveďte upgrade.

Historie

Historie bakteriocinů začíná u belgického vědce André Gratia. V roce 1925 popsal Gratia jako první výsledek hledání bakterií s antimikrobiálními vlastnostmi aktivitu kolicinu, prvního známého bakteriocinu. K tomuto objevu došlo současně s popisem antibiotika penicilinu Alexandrem Flemingem v roce 1928 a nezávislými pozorováními bakteriofágové aktivity Frederickem Twortem v roce 1915 a Félixem d’Hérellem v roce 1917.

Bakteriocinům nebyla věnována stejná pozornost jako antibiotikům, protože nedostatečné pochopení jejich biologie vedlo k obtížím při jejich výrobě a malé důslednosti při kontrole mikrobiálního růstu. To vedlo k dominanci chemicky syntetizovaných širokospektrých antibiotik po zbytek 20. století až do současnosti. Podobné problémy byly pozorovány i u bakteriofágů, přestože našly široké lékařské využití v Gruzii díky práci d’Hérélleho a George Eliavy, stejně jako v Rusku a Polsku Použití bakteriofágů v mlékárenském průmyslu bylo komerčně využito také v USA a Nizozemsku.

V současné době je použití bakteriofágů nejčastěji spojováno s potravinářským průmyslem. Mnoho bakteriocinů je produkováno grampozitivními druhy, zejména bakteriemi produkujícími kyselinu mléčnou, jako je Lactoccocus sp. Nisin je nejpoužívanější z těchto bakteriocinů, působí jako konzervační látka v potravinách a má status GRAS (obecně uznávaný jako bezpečný) od FDA a je schválen jako konzervační látka (potravinářská přísada) v Evropské unii (E234).

Antimikrobiální rezistence (AMR)

Vznik antimikrobiální rezistence (AMR) má velké negativní důsledky pro lidské zdraví. Snížení používání antibiotik ve zdravotnictví a v průmyslu by mělo být společným cílem, aby se snížilo množství antibiotik uvolňovaných do životního prostředí. Bakteriociny nabízejí slibný přístup k řešení tohoto problému. Kromě toho může zamezení používání antibiotik v průmyslových aplikacích biofermentorů snížit výrobní náklady a pomoci zaměřit metabolický výkon na produkci.

Nový vývoj v akademickém výzkumu

Bakteriociny jsou také známy tím, že hrají roli v bakteriální komunikaci a ekologii. Například střeva a ústní dutina jsou části lidského těla, které hostí tisíce různých druhů bakterií. Tyto bakterie, často prospěšné pro lidské zdraví, jsou neustále ve stresovém prostředí a soupeří o potravu a prostor. Dr. Johann Mignolet (nyní vedoucí projektu R&D společnosti Syngulon) v době, kdy působil jako výzkumný pracovník v laboratoři Prof. Pascala Holse (UCL/LIBST), prokázal, že Streptococcus salivarius, komenzální bakterie lidského střeva, využívá komunikační feromon k současnému vyvolání dvou reakcí: schopnosti modifikovat svůj genom prostřednictvím získání „cizí“ DNA a produkce silných bakteriocinů. Tyto toxiny nebo netransformovatelné varianty S. Salivarius by mohly být využity pro lékařské účely k hubení škodlivých multirezistentních superbakterií, jako je Staphylococcus aureus a několik streptokoků (Mignolet et al 2018; PMID: 29444418; DOI: 10.1016/j.celrep.2018.01.055).

Tento obrázek převzatý z Mignolet et al, 2018, ukazuje různé transkripční kaskády, které spouštějí vstup kompetence a expresi genů kódujících bakteriociny u čtyř různých modelů streptokoků: salivarius, S. thermophilus, S. mutans a pneumoniae. Zvláště zajímavé je, že regulační systém BlpRH/BlpC pro bakteriocin u S. Salivarius chybí nebo je neúplný. V rámečcích jsou vyznačeny systémy sdílené mezi druhy. Velké souvislé šipky znázorňují transkripční řízení a čárkované šipky translaci proteinů. Malé souvislé šipky znázorňují pohyb proteinů/peptidů/fosfátů.

Níže uvedený test zabíjení bakterií ukazuje přidání feromonu vyvolávajícího produkci bakteriocinu, což vede k inhibičnímu účinku na okolní bakterie.

.