Történet

A bakteriocinok kisméretű, riboszomálisan előállított peptidek, amelyek antimikrobiális tulajdonságokkal rendelkeznek. Jellemzően úgy írják le őket, hogy nagyon szűk specificitással rendelkeznek, gyakran hasonlóan rokon baktériumfajokat vagy törzseket céloznak meg. Egyes bakteriocinek széles hatásspektrummal rendelkeznek, amint azt az irodalommal egybehangzóan megfigyeltük. Ezek a molekulák nagy potenciállal rendelkeznek az ipari alkalmazásokban.

Az alábbi videó bemutatja, hogyan befolyásolhatják a bakteriocinek a baktériumok növekedését. A felső videó az E. coli normál növekedését mutatja (két óra növekedés LB táptalajban, majd nyolc óra növekedés baktériumiocinek NÉLKÜL oldatban). Az alsó videó az E. coli-t mutatja, amelyet ugyanilyen körülmények között, de olyan oldatban növesztünk, amelyben vannak bakteriocinek. (az ULB Celluláris és molekuláris mikrobiológiai laboratóriumának mikrofluidikai eszközzel kombinált időzített mikroszkópiája)

Nincs elegendő szabadságszintje a videó megtekintéséhez. Támogassa a szabad szoftvereket és frissítsen.

Történet

A bakteriocinok története André Gratia belga tudóssal kezdődik. Gratia 1925-ben, az antimikrobiális tulajdonságokkal rendelkező baktériumok keresésének korai eredményeként írta le a kolicin, az első ismert bakteriocin aktivitását. Ez a felfedezés egy időben történt Alexander Fleming 1928-as antibiotikum, a penicillin leírásával, valamint Frederick Twort 1915-ös és Félix d’Hérelle 1917-es, a bakteriofágok aktivitására vonatkozó független megfigyeléseivel.

A bakteriocinek nem kaptak akkora figyelmet, mint az antibiotikumok, mivel biológiájuk meg nem értése miatt előállításuk nehézségekbe ütközött, és a mikrobiális növekedés szabályozásának alacsony következetessége miatt. Ez vezetett a kémiailag szintetizált széles spektrumú antibiotikumok dominanciájához a 20. század hátralévő részében egészen napjainkig. Hasonló problémákat figyeltek meg a bakteriofágok esetében is, bár d’Hérélle és George Eliava munkássága révén Grúziában, valamint Oroszországban és Lengyelországban széles körű orvosi felhasználásra találtak A bakteriofágok tejiparban való felhasználását az USA-ban és Hollandiában is kereskedelmi forgalomba hozták.

A bakteriofágok felhasználása jelenleg leggyakrabban az élelmiszeriparhoz kapcsolódik. Számos bakteriocint Gram-pozitív fajok termelnek, különösen tejsavtermelő baktériumok, mint például a Lactoccocus sp. A nizin a legszélesebb körben használt bakteriocin, amely élelmiszer tartósítószerként működik, és az FDA GRAS (általánosan biztonságosnak elismert) státusszal rendelkezik, az Európai Unióban pedig tartósítószerként (élelmiszer-adalékanyagként) engedélyezett (E234).

Az antimikrobiális rezisztencia (AMR)

Az antimikrobiális rezisztencia (AMR) megjelenése nagy negatív hatással van az emberi egészségre. Az antibiotikum-felhasználás csökkentése az orvosi és ipari alkalmazásokban közös cél kell, hogy legyen a környezetbe kerülő antibiotikumok mennyiségének csökkentése érdekében. A bakteriocinek ígéretes megközelítést kínálnak e probléma megoldására. Emellett az antibiotikumok használatának elkerülése a biofermentorok ipari alkalmazásaiban csökkentheti a termelési költségeket, és segíthet a metabolikus teljesítményt a termelésre összpontosítani.

Új fejlemények a tudományos kutatásban

A bakteriocinek a baktériumok kommunikációjában és ökológiájában is szerepet játszanak. A bél és a szájüreg például az emberi test több ezer különböző baktériumfajnak otthont adó részei. Ezek a baktériumok, amelyek gyakran hasznosak az emberi egészség szempontjából, folyamatosan stresszes környezetben vannak, és versenyeznek a táplálékért és a helyért. Amikor Pascal Hols professzor laboratóriumában (UCL/LIBST) kutatott, Dr. Johann Mignolet (jelenleg a Syngulon R&D projektvezetője) kimutatta, hogy a Streptococcus salivarius, egy humán bélbaktérium, egy kommunikációs feromon segítségével egyidejűleg két választ vált ki: a genom módosításának képességét “idegen” DNS felvétele révén és erős bakteriocinok termelését. Ezeket a toxinokat vagy a S. Salivarius nem transzformálható változatait orvosi célokra lehetne felhasználni a káros multirezisztens szuperbaktériumok, például a Staphylococcus aureus és számos streptococcus elpusztítására (Mignolet et al 2018; PMID: 29444418; DOI: 10.1016/j.celrep.2018.01.055).

A Mignolet és mtsai. 2018-ból adaptált ábra négy különböző sztreptokokkusz modellben mutatja be a bakteriocint kódoló gének kompetenciába való belépését és expresszióját kiváltó különböző transzkripciós kaszkádokat: S. salivarius, S. thermophilus, S. mutans és S. pneumoniae. Különösen érdekes, hogy a BlpRH/BlpC bakteriocin szabályozó rendszer hiányzik vagy hiányos a S. salivariusban. A dobozok a fajok között közös rendszereket mutatják. A nagy folytonos nyilak a transzkripciós szabályozást, a szaggatott nyilak pedig a fehérje transzlációt ábrázolják. A kis folytonos nyilak a fehérje/peptid/foszfát mozgást jelzik.

A lenti baktériumölő teszt egy feromon hozzáadását mutatja, amely bakteriocin termelést indukál, ami gátló hatást fejt ki a környező baktériumokra.