História

Bacteriocinas são peptídeos pequenos, produzidos por via ribossómica, com propriedades antimicrobianas. São tipicamente descritos como tendo uma especificidade muito estreita, muitas vezes visando espécies ou estirpes bacterianas semelhantes. Algumas bacteriocinas têm um amplo espectro de atividade, como temos observado em concordância com a literatura. Estas moléculas têm um grande potencial para aplicações industriais.

O vídeo abaixo ilustra como as bacteriocinas podem afectar o crescimento bacteriano. O vídeo superior mostra o crescimento normal da E. coli (duas horas de crescimento em meio LB seguido de oito horas em uma solução SEM bacteriocinas). O vídeo inferior mostra E. coli crescendo nas mesmas condições, mas em uma solução SEM bacteriocinas. (microscopia com tempo combinada com dispositivo microfluídico do laboratório de Microbiologia Celular e Molecular da ULB)

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História

A história das bacteriocinas começa com o cientista belga André Gratia. Em 1925, como resultado precoce de uma busca por bactérias com propriedades antimicrobianas, Gratia descreveu a atividade da colicina, a primeira bacteriocina conhecida. Esta descoberta aconteceu concomitantemente com a descrição de Alexander Fleming da penicilina antibiótica em 1928 e as observações independentes da atividade bacteriófaga por Frederick Twort em 1915 e Félix d’Hérelle em 1917.

Bacteriocinas não receberam o mesmo nível de atenção que os antibióticos, pois a falta de compreensão da sua biologia levou a dificuldades na sua produção e baixa consistência no controle do crescimento microbiano. Isto levou ao domínio de antibióticos de largo espectro sintetizados quimicamente para o resto do século XX até ao presente. Problemas semelhantes foram observados com bacteriófagos, embora eles tenham encontrado amplo uso médico no país da Geórgia através do trabalho de d’Hérélle e George Eliava, bem como na Rússia e na Polônia. O uso de bacteriófagos na indústria leiteira também tem sido comercializado nos EUA e na Holanda.

Currentemente, o uso de bacteriocinas está mais frequentemente associado à indústria alimentícia. Muitas bacteriocinas são produzidas por espécies Gram-positivas, particularmente bactérias produtoras de ácido láctico como Lactoccocus sp. A Nisina é a mais utilizada destas bacteriocinas, actuando como conservante alimentar, e tem o estatuto GRAS (geralmente reconhecido como seguro) pela FDA e é aprovada como conservante (aditivo alimentar) na União Europeia (E234).

Resistência antimicrobiana (RAM)

A emergência da resistência antimicrobiana (RAM) tem grandes implicações negativas para a saúde humana. A redução do uso de antibióticos em aplicações médicas e industriais deve ser um objetivo comum para reduzir a quantidade de antibióticos liberados no ambiente. As bacteriocinas oferecem uma abordagem promissora para a resolução deste problema. Além disso, evitar o uso de antibióticos em aplicações industriais de biofermentadores pode reduzir os custos de produção e ajudar a concentrar a produção metabólica na produção.

Novos desenvolvimentos em pesquisas acadêmicas

Bacteriocinas também são conhecidas por desempenharem um papel na comunicação bacteriana e na ecologia. Por exemplo, o intestino e a cavidade oral são partes do corpo humano que acomodam milhares de diferentes espécies bacterianas. Estas bactérias, muitas vezes benéficas para a saúde humana, estão continuamente em um ambiente estressante e competem por alimentos e espaço. Quando era pesquisador no laboratório do Prof. Pascal Hols (UCL/LIBST), o Dr. Johann Mignolet (agora R&D Project Manager da Syngulon) demonstrou que Streptococcus salivarius, uma bactéria comensal do intestino humano, utiliza uma feromona de comunicação para desencadear concomitantemente duas respostas: a capacidade de modificar seu genoma através da aquisição de DNA “estranho” e a produção de bacteriocinas potentes. Estas toxinas ou variantes não transformáveis de S. Salivarius podem ser utilizadas para fins médicos para matar superbugs multi-resistentes nocivos como Staphylococcus aureus e vários estreptococos (Mignolet et al. 2018; PMID: 29444418; DOI: 10.1016/j.celrep.2018.01.055).

Esta figura adaptada de Mignolet et al, 2018, mostra as diferentes cascatas transcripcionais que desencadeiam a entrada e expressão de genes codificadores de bacteriocina em quatro modelos diferentes de estreptococos: S. salivarius, S. thermophilus, S. mutans e pneumoniae. Especificamente interessante é que o sistema regulador da bacteriocina BlpRH/BlpC está ausente ou incompleto em S. Salivarius. As caixas mostram sistemas compartilhados entre as espécies. Grandes setas contínuas mostram o controle transcripcional, e setas tracejadas mostram a tradução de proteínas. Pequenas setas contínuas indicam movimento proteína/peptídeo/fosfato.

O ensaio de eliminação de bactérias abaixo demonstra a adição de uma feromona induzindo a produção de bacteriocina, o que leva a um efeito inibidor sobre as bactérias circundantes.