Historia

Bakteriocyny są małymi, produkowanymi rybosomalnie peptydami o właściwościach przeciwbakteryjnych. Zazwyczaj są one opisywane jako posiadające bardzo wąską specyficzność, często ukierunkowaną na podobnie spokrewnione gatunki lub szczepy bakterii. Niektóre bakteriocyny mają szerokie spektrum działania, co zaobserwowaliśmy zgodnie z literaturą. Te cząsteczki mają wielki potencjał dla zastosowań przemysłowych.

Poniższe wideo ilustruje, jak bakteriocyny mogą wpływać na wzrost bakterii. Górne wideo pokazuje normalny wzrost E. coli (dwie godziny wzrostu w podłożu LB, a następnie osiem godzin w roztworze BEZ bakteriocyn). Dolny film pokazuje E. coli rosnącą w tych samych warunkach, ale w roztworze Z bakteriocynami. (mikroskopia poklatkowa połączona z urządzeniem mikroprzepływowym laboratorium Mikrobiologii Komórkowej i Molekularnej na ULB)

Nie masz wystarczającego poziomu wolności, aby obejrzeć ten film. Support free software and upgrade.

Historia

Historia bakteriocyn zaczyna się od belgijskiego naukowca André Gratii. W 1925 roku, jako wczesny rezultat poszukiwań bakterii o właściwościach przeciwbakteryjnych, Gratia opisał działanie kolicyny, pierwszej znanej bakteriocyny. Odkrycie to nastąpiło równolegle z opisaniem przez Alexandra Fleminga antybiotyku penicyliny w 1928 r. oraz niezależnymi obserwacjami aktywności bakteriofagów przez Fredericka Tworta w 1915 r. i Félixa d’Hérelle’a w 1917 r.

Bakteriocyny nie uzyskały takiego samego poziomu uwagi jak antybiotyki, ponieważ brak zrozumienia ich biologii doprowadził do trudności w ich produkcji i niskiej spójności w kontrolowaniu wzrostu drobnoustrojów. Doprowadziło to do dominacji chemicznie syntetyzowanych antybiotyków o szerokim spektrum działania przez resztę XX wieku aż do czasów współczesnych. Podobne problemy zaobserwowano w przypadku bakteriofagów, chociaż znalazły one szerokie zastosowanie medyczne w Gruzji dzięki pracom d’Hérélle i George’a Eliava, a także w Rosji i Polsce. Zastosowanie bakteriofagów w przemyśle mleczarskim zostało również skomercjalizowane w USA i Holandii.

Obecnie, zastosowanie bakteriocyn jest najczęściej związane z przemysłem spożywczym. Wiele bakteriocyn jest wytwarzanych przez gatunki Gram-dodatnie, szczególnie bakterie wytwarzające kwas mlekowy, takie jak Lactoccocus sp. Nizyna jest najszerzej stosowaną z tych bakteriocyn, działającą jako środek konserwujący żywność, i ma status GRAS (ogólnie uznany za bezpieczny) od FDA i jest zatwierdzona jako środek konserwujący (dodatek do żywności) w Unii Europejskiej (E234).

Oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe (AMR)

Występowanie oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe (AMR) ma ogromne negatywne implikacje dla zdrowia człowieka. Ograniczenie stosowania antybiotyków w zastosowaniach medycznych i przemysłowych powinno być wspólnym celem, aby zmniejszyć ilość antybiotyków uwalnianych do środowiska. Bakteriocyny oferują obiecujące podejście do rozwiązania tego problemu. Dodatkowo, unikanie stosowania antybiotyków w przemysłowych zastosowaniach biofermentorów może obniżyć koszty produkcji i pomóc skupić wydajność metaboliczną na produkcji.

Nowe osiągnięcia w badaniach akademickich

Bakteriocyny są również znane z tego, że odgrywają rolę w komunikacji bakteryjnej i ekologii. Na przykład, jelita i jama ustna są częściami ludzkiego ciała, w których żyją tysiące różnych gatunków bakterii. Bakterie te, często korzystne dla zdrowia człowieka, są stale w stresującym środowisku i konkurują o pożywienie i przestrzeń. Pascala Holsa (UCL/LIBST), dr Johann Mignolet (obecnie kierownik projektu badawczo-rozwojowego w firmie Syngulon) wykazał, że Streptococcus salivarius, komensalna bakteria jelitowa człowieka, wykorzystuje feromon komunikacyjny do jednoczesnego wywoływania dwóch reakcji: zdolności do modyfikowania swojego genomu poprzez przyswajanie „obcego” DNA oraz produkcji silnych bakteriocyn. Te toksyny lub nietransformowalne warianty S. Salivarius mogłyby być wykorzystywane w celach medycznych do zabijania szkodliwych wieloopornych superbakterii, takich jak Staphylococcus aureus i kilka paciorkowców (Mignolet i wsp. 2018; PMID: 29444418; DOI: 10.1016/j.celrep.2018.01.055).

Niniejsza rycina zaadaptowana z Mignolet i in., 2018, pokazuje różne kaskady transkrypcyjne, które wyzwalają wejście kompetencyjne i ekspresję genów kodujących bakteriocyny w czterech różnych modelach paciorkowców: S. salivarius, S. thermophilus, S. mutans i pneumoniae. Szczególnie interesuj±cy jest brak lub niekompletno¶ć systemu regulacyjnego bakteriocyn BlpRH/BlpC u S. salivarius. W ramkach zaznaczono systemy wspólne dla poszczególnych gatunków. Duże strzałki ciągłe przedstawiają kontrolę transkrypcyjną, a strzałki przerywane – translację białek. Małe ciągłe strzałki wskazują ruch białek/peptydów/fosforanów.

Poniższy test zabijania bakterii demonstruje dodanie feromonu indukującego produkcję bakteriocyn, co prowadzi do efektu hamującego na otaczające bakterie.