Historia

Las bacteriocinas son pequeños péptidos de producción ribosómica con propiedades antimicrobianas. Suelen tener una especificidad muy estrecha, y a menudo se dirigen a especies o cepas bacterianas relacionadas de forma similar. Algunas bacteriocinas tienen un amplio espectro de actividad, como hemos observado en coincidencia con la literatura. Estas moléculas tienen un gran potencial para las aplicaciones industriales.

El vídeo siguiente ilustra cómo las bacteriocinas pueden afectar al crecimiento bacteriano. El vídeo superior muestra el crecimiento normal de E. coli (dos horas de crecimiento en medio LB seguido de ocho horas en una solución SIN bacteriocinas). El vídeo inferior muestra el crecimiento de E. coli en las mismas condiciones, pero en una solución CON bacteriocinas. (microscopía de lapso de tiempo combinada con el dispositivo microfluídico del laboratorio de Microbiología Celular y Molecular de la ULB)

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Historia

La historia de las bacteriocinas comienza con el científico belga André Gratia. En 1925, como resultado temprano de una búsqueda de bacterias con propiedades antimicrobianas, Gratia describió la actividad de la colicina, la primera bacteriocina conocida. Este descubrimiento coincidió con la descripción del antibiótico penicilina por parte de Alexander Fleming en 1928 y con las observaciones independientes de la actividad de los bacteriófagos por parte de Frederick Twort en 1915 y Félix d’Hérelle en 1917.

Las bacteriocinas no recibieron el mismo nivel de atención que los antibióticos, ya que la falta de comprensión de su biología provocó dificultades en su producción y poca consistencia en el control del crecimiento microbiano. Esto condujo al predominio de los antibióticos de amplio espectro sintetizados químicamente durante el resto del siglo XX hasta la actualidad. Se observaron problemas similares con los bacteriófagos, aunque han encontrado un amplio uso médico en el país de Georgia a través del trabajo de d’Hérélle y George Eliava, así como en Rusia y Polonia El uso de bacteriófagos en la industria láctea también se ha comercializado en los EE.UU. y los Países Bajos.

Actualmente, el uso de bacteriocinas se asocia más a menudo con la industria alimentaria. Muchas bacteriocinas son producidas por especies Gram-positivas, en particular bacterias productoras de ácido láctico como Lactoccocus sp. La nisina es la más utilizada de estas bacteriocinas, que actúa como conservante alimentario, y tiene el estatus GRAS (generalmente reconocido como seguro) de la FDA y está aprobada como conservante (aditivo alimentario) en la Unión Europea (E234).

Resistencia a los antimicrobianos (AMR)

La aparición de la resistencia a los antimicrobianos (AMR) tiene grandes implicaciones negativas para la salud humana. La reducción del uso de antibióticos en aplicaciones médicas e industriales debería ser un objetivo común para reducir la cantidad de antibióticos liberados en el medio ambiente. Las bacteriocinas ofrecen un enfoque prometedor para resolver este problema. Además, evitar el uso de antibióticos en las aplicaciones industriales de los biofermentadores puede reducir los costes de producción y ayudar a centrar el rendimiento metabólico en la producción.

Nuevos avances en la investigación académica

También se sabe que las bacteriocinas desempeñan un papel en la comunicación y la ecología bacterianas. Por ejemplo, el intestino y la cavidad bucal son partes del cuerpo humano que albergan miles de especies bacterianas diferentes. Estas bacterias, a menudo beneficiosas para la salud humana, se encuentran continuamente en un entorno estresante y compiten por el alimento y el espacio. Cuando era investigador en el laboratorio del profesor Pascal Hols (UCL/LIBST), el Dr. Johann Mignolet (actual director de proyectos de I+D de Syngulon) demostró que Streptococcus salivarius, una bacteria comensal del intestino humano, utiliza una feromona de comunicación para desencadenar simultáneamente dos respuestas: la capacidad de modificar su genoma mediante la adquisición de ADN «extraño» y la producción de potentes bacteriocinas. Estas toxinas o variantes no transformables de S. Salivarius podrían utilizarse con fines médicos para eliminar superbacterias dañinas multirresistentes como Staphylococcus aureus y varios estreptococos (Mignolet et al 2018; PMID: 29444418; DOI: 10.1016/j.celrep.2018.01.055).

Esta figura adaptada de Mignolet et al, 2018, muestra las diferentes cascadas transcripcionales que desencadenan la entrada de la competencia y la expresión de los genes que codifican la bacteriocina en cuatro modelos diferentes de estreptococos: S. salivarius, S. thermophilus, S. mutans y pneumoniae. Específicamente interesante es que el sistema regulador de la bacteriocina BlpRH/BlpC está ausente o incompleto en S. Salivarius. Los recuadros muestran sistemas compartidos entre especies. Las flechas continuas grandes representan el control transcripcional, y las flechas discontinuas muestran la traducción de proteínas. Las flechas continuas pequeñas indican el movimiento de la proteína/péptido/fosfato.

El ensayo de matanza de bacterias que se muestra a continuación demuestra la adición de una feromona que induce la producción de bacteriocina, lo que conduce a un efecto inhibidor sobre las bacterias circundantes.