Historie

Bakteriociner er små, ribosomalt producerede peptider med antimikrobielle egenskaber. De beskrives typisk som havende en meget snæver specificitet og er ofte rettet mod bakteriearter eller -stammer, der er beslægtede med hinanden. Nogle bakteriociner har et bredt spektrum af aktivitet, hvilket vi har observeret i overensstemmelse med litteraturen. Disse molekyler har et stort potentiale for industrielle anvendelser.

Den nedenstående video illustrerer, hvordan bakteriociner kan påvirke bakterievækst. Den øverste video viser normal vækst af E. coli (to timers vækst i LB-medium efterfulgt af otte timer i en opløsning UDEN bakteriociner). Den nederste video viser E. coli dyrket under de samme betingelser, men i en opløsning MED bakteriociner. (time-lapsed mikroskopi kombineret med mikrofluidisk enhed fra laboratoriet for cellulær og molekylær mikrobiologi på ULB)

Du har ikke tilstrækkelig frihedsgrad til at se denne video. Støt fri software og opgrader.

Historie

Historien om bakteriociner begynder med den belgiske videnskabsmand André Gratia. Som et tidligt resultat af en søgning efter bakterier med antimikrobielle egenskaber beskrev Gratia i 1925 aktiviteten af colicin, det første kendte bakteriocin. Denne opdagelse skete samtidig med Alexander Flemings beskrivelse af antibiotikummet penicillin i 1928 og de uafhængige observationer af bakteriofagaktivitet af Frederick Twort i 1915 og Félix d’Hérelle i 1917.

Bakteriociner fik ikke samme opmærksomhed som antibiotika, da manglende forståelse af deres biologi førte til vanskeligheder med deres produktion og lav konsistens med hensyn til kontrol af mikrobiel vækst. Dette førte til, at kemisk syntetiserede bredspektrede antibiotika dominerede i resten af det 20. århundrede og frem til i dag. Lignende problemer blev observeret med bakteriofager, selv om de har fundet omfattende medicinsk anvendelse i landet Georgien gennem d’Hérélle og George Eliavas arbejde samt i Rusland og Polen Brugen af bakteriofager i mejeriindustrien er også blevet kommercialiseret i USA og Holland.

I øjeblikket er brugen af bakteriofager oftest forbundet med fødevareindustrien. Mange bakteriociner produceres af Gram-positive arter, især mælkesyreproducerende bakterier som Lactoccocus sp. Nisin er den mest udbredte af disse bakteriociner, der fungerer som fødevarekonserveringsmiddel, og har GRAS-status (generelt anerkendt som sikker) fra FDA og er godkendt som konserveringsmiddel (fødevaretilsætningsstof) i Den Europæiske Union (E234).

Antimikrobiel resistens (AMR)

Den fremkomsten af antimikrobiel resistens (AMR) har store negative konsekvenser for menneskers sundhed. Reduktion af antibiotikaforbruget i medicinske og industrielle anvendelser bør være et fælles mål for at reducere mængden af antibiotika, der frigives i miljøet. Bakteriociner er en lovende tilgang til løsning af dette problem. Desuden kan undgåelse af brugen af antibiotika i industrielle anvendelser af biofermentorer reducere produktionsomkostningerne og bidrage til at fokusere metabolisk output på produktion.

Ny udvikling inden for akademisk forskning

Bacteriociner er også kendt for at spille en rolle i bakteriel kommunikation og økologi. For eksempel er tarmen og mundhulen dele af menneskekroppen, der huser tusindvis af forskellige bakteriearter. Disse bakterier, der ofte er gavnlige for menneskers sundhed, befinder sig konstant i et stressende miljø og konkurrerer om mad og plads. Da han var forsker i professor Pascal Hols laboratorium (UCL/LIBST), påviste Dr. Johann Mignolet (nu projektleder for forskning og udvikling hos Syngulon), at Streptococcus salivarius, en bakterie, der lever i menneskets tarm, bruger et kommunikationsferomon til samtidig at udløse to reaktioner: evnen til at ændre sit genom via erhvervelse af “fremmed” DNA og produktion af potente bakteriociner. Disse toksiner eller ikke-transformerbare varianter af S. Salivarius kunne anvendes til medicinske formål til at dræbe skadelige multiresistente superbugs såsom Staphylococcus aureus og flere streptokokker (Mignolet et al 2018; PMID: 29444418; DOI: 10.1016/j.celrep.2018.01.055).

Denne figur tilpasset fra Mignolet et al, 2018, viser de forskellige transkriptionelle kaskader, der udløser kompetenceindgang og ekspression af bakteriokin-kodende gener i fire forskellige streptokokkermodeller: S. salivarius, S. thermophilus, S. mutans og pneumoniae. Særligt interessant er det, at det bakteriocinregulerende BlpRH/BlpC-system mangler eller er ufuldstændigt i S. Salivarius. Kasserne viser systemer, der deles mellem arterne. Store gennemgående pile viser transkriptionskontrol, og stiplede pile viser proteintranslation. Små kontinuerlige pile angiver protein/peptid/fosfatbevægelse.

Den bakteriedræbende test nedenfor demonstrerer tilsætning af et feromon, der inducerer bakteriocinproduktion, hvilket fører til en hæmmende virkning på de omkringliggende bakterier.