Historia

Bakteriosiinit ovat pieniä, ribosomaalisesti tuotettuja peptidejä, joilla on antimikrobisia ominaisuuksia. Niiden spesifisyys on tyypillisesti hyvin kapea, ja ne kohdistuvat usein samankaltaisiin bakteerilajeihin tai -kantoihin. Joillakin bakteerikineillä on laaja aktiivisuuden kirjo, kuten olemme havainneet kirjallisuuden perusteella. Näillä molekyyleillä on suuri potentiaali teollisiin sovelluksiin.

Alla olevalla videolla havainnollistetaan, miten bakteerikiinit voivat vaikuttaa bakteerien kasvuun. Ylimmässä videossa näkyy E. coli -bakteerin normaali kasvu (kaksi tuntia kasvua LB-mediassa ja sen jälkeen kahdeksan tuntia liuoksessa, JOSSA EI OLE bakteeriosiinia). Alemmassa videossa E. coli -bakteeria kasvatetaan samoissa olosuhteissa, mutta liuoksessa, jossa on bakteeriineja. (time-lapsed microscopy combined with microfluidic device of the Cellular and Molecular Microbiology lab at ULB)

Sinulla ei ole riittävästi vapausasteita tämän videon katseluun. Tue vapaita ohjelmistoja ja päivitä.

Historia

Bakteriosiinien historia alkaa belgialaisesta tiedemiehestä André Gratiasta. Vuonna 1925 Gratia kuvasi varhaisena tuloksena etsiessään bakteereja, joilla oli antimikrobisia ominaisuuksia, kolisiinin, ensimmäisen tunnetun bakteeriosiinin, aktiivisuuden. Tämä löytö tapahtui samanaikaisesti Alexander Flemingin vuonna 1928 tekemän antibioottipenisilliinin kuvauksen kanssa sekä Frederick Twortin vuonna 1915 ja Félix d’Hérellen vuonna 1917 tekemien itsenäisten havaintojen kanssa bakteriofagien aktiivisuudesta.

Bakteeriosiinit eivät saaneet samanlaista huomiota kuin antibiootit, sillä niiden biologian ymmärtämättömyys johti vaikeuksiin niiden tuotannossa ja vähäiseen johdonmukaisuuteen mikrobikasvun hallinnassa. Tämä johti kemiallisesti syntetisoitujen laajakirjoisten antibioottien hallitsevaan asemaan 1900-luvun loppupuolella aina nykypäivään asti. Samanlaisia ongelmia havaittiin bakteriofagien kohdalla, vaikka ne ovatkin löytäneet laajaa lääketieteellistä käyttöä Georgiassa d’Héréllen ja George Eliavan työn ansiosta sekä Venäjällä ja Puolassa Bakteriofagien käyttöä meijeriteollisuudessa on kaupallistettu myös Yhdysvalloissa ja Alankomaissa.

Nykyisin bakteeriosiinien käyttö liittyy useimmiten elintarviketeollisuuteen. Monet bakteeriokiinit ovat grampositiivisten lajien tuottamia, erityisesti maitohappoa tuottavien bakteerien, kuten Lactoccocus sp., tuottamia. Nisiini on näistä bakteeriokineista yleisimmin käytetty, elintarvikkeen säilöntäaine, ja sillä on FDA:n myöntämä GRAS-status (yleisesti turvalliseksi tunnustettu), ja se on hyväksytty säilöntäaineeksi (elintarvikelisäaineeksi) Euroopan unionissa (E234).

Mikrobilääkeresistenssi (AMR)

Mikrobilääkeresistenssin (AMR) kehittymisellä on suuria kielteisiä vaikutuksia ihmisten terveyteen. Antibioottien käytön vähentämisen lääketieteellisissä ja teollisissa sovelluksissa pitäisi olla yhteinen tavoite, jotta ympäristöön vapautuvien antibioottien määrää voitaisiin vähentää. Bakteriosiinit tarjoavat lupaavan lähestymistavan tämän ongelman ratkaisemiseen. Lisäksi antibioottien käytön välttäminen biofermentoreiden teollisissa sovelluksissa voi vähentää tuotantokustannuksia ja auttaa keskittämään aineenvaihdunnan tuotoksen tuotantoon.

Uutta akateemisessa tutkimuksessa

Bakteriosiinien tiedetään vaikuttavan myös bakteerien viestintään ja ekologiaan. Esimerkiksi suolisto ja suuontelo ovat ihmiskehon osia, joissa elää tuhansia eri bakteerilajeja. Nämä bakteerit, jotka ovat usein hyödyllisiä ihmisen terveydelle, ovat jatkuvasti stressaavassa ympäristössä ja kilpailevat ravinnosta ja tilasta. Ollessaan tutkijana professori Pascal Holsin laboratoriossa (UCL/LIBST) tohtori Johann Mignolet (nykyisin Syngulonin T&K-hankkeen johtaja) osoitti, että Streptococcus salivarius, ihmisen suolistossa elävä bakteeri, käyttää viestintäferomonia laukaistakseen samanaikaisesti kaksi reaktiota: kyvyn muuttaa genomiaan hankkimalla ”vierasta” DNA:ta ja tuottamalla voimakkaita bakteeriosineja. Näitä toksiineja tai S. Salivariuksen muuntumattomia variantteja voitaisiin käyttää lääketieteellisiin tarkoituksiin tappamaan haitallisia moniresistenttejä superbakteereita, kuten Staphylococcus aureusta ja useita streptokokkeja (Mignolet et al 2018; PMID: 29444418; DOI: 10.1016/j.celrep.2018.01.055).

Tässä kuvassa, joka on muokattu lähteestä Mignolet et al. 2018, esitetään erilaiset transkriptiokaskadit, jotka laukaisevat kompetenssin sisäänpääsyn ja bakteeriosiinia koodaavien geenien ilmentymisen neljässä eri streptokokkimallissa: S. salivarius, S. thermophilus, S. mutans ja pneumoniae. Erityisen mielenkiintoista on, että BlpRH/BlpC-bakteeriosiinien säätelyjärjestelmä puuttuu tai on epätäydellinen S. salivariuksessa. Laatikoihin on merkitty lajien väliset yhteiset järjestelmät. Suuret jatkuvat nuolet kuvaavat transkriptionaalista kontrollia ja katkoviivat proteiinien translaatiota. Pienet jatkuvat nuolet kuvaavat proteiinin/peptidin/fosfaatin liikettä.

Alhaalla esitetyssä bakteereita tappavassa kokeessa osoitetaan, että feromonin lisääminen indusoi bakteeriosiinituotantoa, mikä johtaa ympäröiviä bakteereja estävään vaikutukseen.