Geschiedenis

Bacteriocinen zijn kleine, ribosomaal geproduceerde peptiden met antimicrobiële eigenschappen. Zij hebben doorgaans een zeer nauwe specificiteit en zijn vaak gericht tegen verwante bacteriesoorten of -stammen. Sommige bacteriocines hebben een breed werkingsspectrum, zoals wij in overeenstemming met de literatuur hebben vastgesteld. Deze moleculen hebben een groot potentieel voor industriële toepassingen.

De onderstaande video illustreert hoe bacteriocines de groei van bacteriën kunnen beïnvloeden. De bovenste video toont normale groei van E. coli (twee uur groei in LB-medium gevolgd door acht uur in een oplossing ZONDER bacteriocines). De onderste video toont E. coli gekweekt onder dezelfde omstandigheden, maar in een oplossing MET bacteriocines. (time-lapsed microscopie gecombineerd met microfluidic device van het Cellular and Molecular Microbiology lab aan de ULB)

U heeft niet voldoende vrijheidsgraden om deze video te bekijken. Steun vrije software en upgrade.

Geschiedenis

De geschiedenis van bacteriocines begint met de Belgische wetenschapper André Gratia. In 1925, als vroeg resultaat van een zoektocht naar bacteriën met antimicrobiële eigenschappen, beschreef Gratia de activiteit van colicine, het eerste bekende bacteriocine. Deze ontdekking viel samen met Alexander Fleming’s beschrijving van het antibioticum penicilline in 1928 en de onafhankelijke waarnemingen van de activiteit van bacteriofagen door Frederick Twort in 1915 en Félix d’Hérelle in 1917.

Bacteriocinen kregen niet dezelfde aandacht als antibiotica, omdat een gebrek aan inzicht in hun biologie leidde tot moeilijkheden bij de productie en een geringe consistentie bij de beheersing van microbiële groei. Dit leidde tot de dominantie van chemisch gesynthetiseerde breedspectrumantibiotica gedurende de rest van de 20e eeuw tot op heden. Soortgelijke problemen werden waargenomen met bacteriofagen, hoewel deze op grote schaal medisch zijn toegepast in Georgië door het werk van d’Hérélle en George Eliava, alsook in Rusland en Polen. Het gebruik van bacteriofagen in de zuivelindustrie is ook gecommercialiseerd in de VS en Nederland.

Huidig wordt het gebruik van bacteriocinen het meest geassocieerd met de voedingsindustrie. Veel bacteriocines worden geproduceerd door Gram-positieve soorten, met name melkzuurproducerende bacteriën zoals Lactoccocus sp. Nisine is de meest gebruikte van deze bacteriocines, die fungeert als een conserveermiddel voor levensmiddelen, en heeft de GRAS-status (algemeen erkend als veilig) van de FDA en is goedgekeurd als conserveermiddel (levensmiddelenadditief) in de Europese Unie (E234).

Antimicrobiële resistentie (AMR)

Het ontstaan van antimicrobiële resistentie (AMR) heeft grote negatieve gevolgen voor de menselijke gezondheid. Het terugdringen van het gebruik van antibiotica in medische en industriële toepassingen zou een gemeenschappelijk doel moeten zijn om de hoeveelheid antibiotica die in het milieu vrijkomt te verminderen. Bacteriocines bieden een veelbelovende aanpak om dit probleem op te lossen. Bovendien kan het vermijden van het gebruik van antibiotica in industriële toepassingen van biofermentoren de productiekosten verlagen en helpen de metabolische output te richten op productie.

Nieuwe ontwikkelingen in academisch onderzoek

Bacteriocines zijn ook bekend om een rol te spelen in bacteriële communicatie en ecologie. Zo zijn de darm en de mondholte delen van het menselijk lichaam die onderdak bieden aan duizenden verschillende bacteriesoorten. Deze bacteriën, die vaak gunstig zijn voor de menselijke gezondheid, bevinden zich voortdurend in een stressvolle omgeving en concurreren om voedsel en ruimte. Toen hij onderzoeker was in het laboratorium van Prof. Pascal Hols (UCL/LIBST), toonde Dr. Johann Mignolet (nu R&D Project Manager van Syngulon) aan dat Streptococcus salivarius, een commensale menselijke darmbacterie, een communicatieferomoon gebruikt om gelijktijdig twee reacties uit te lokken: de mogelijkheid om zijn genoom te wijzigen via de overname van “vreemd” DNA en de productie van krachtige bacteriocines. Deze toxinen of niet-transformeerbare varianten van S. Salivarius zouden voor medische doeleinden kunnen worden gebruikt om schadelijke multiresistente superbugs zoals Staphylococcus aureus en verschillende streptococcen te doden (Mignolet et al 2018; PMID: 29444418; DOI: 10.1016/j.celrep.2018.01.055).

Deze uit Mignolet et al, 2018, aangepaste figuur toont de verschillende transcriptionele cascades die competentie-entry en expressie van bacteriocine-coderende genen teweegbrengen in vier verschillende streptokokkenmodellen: S. salivarius, S. thermophilus, S. mutans en pneumoniae. Bijzonder interessant is dat het BlpRH/BlpC bacteriocine regulatiesysteem ontbreekt of onvolledig is in S. Salivarius. De kaders tonen systemen die door de soorten worden gedeeld. Grote ononderbroken pijlen geven transcriptionele controle aan, en gestippelde pijlen geven eiwittranslatie aan. Kleine ononderbroken pijlen geven eiwit/peptide/fosfaat beweging aan.

De bacterie-dodende assay hieronder toont toevoeging van een feromoon dat bacteriocineproductie induceert, wat leidt tot een remmend effect op omringende bacteriën.