Historia

Bakteriociner är små, ribosomalt producerade peptider med antimikrobiella egenskaper. De beskrivs vanligen ha en mycket snäv specificitet och är ofta inriktade på liknande relaterade bakteriearter eller bakteriestammar. Vissa bakteriociner har ett brett spektrum av aktivitet, vilket vi har observerat i överensstämmelse med litteraturen. Dessa molekyler har stor potential för industriella tillämpningar.

Videon nedan illustrerar hur bakteriociner kan påverka bakterietillväxten. Den övre videon visar normal tillväxt av E. coli (två timmars tillväxt i LB-medium följt av åtta timmar i en lösning UTAN bakteriociner). Den nedre videon visar E. coli som odlas under samma förhållanden, men i en lösning MED bakteriociner. (Time-lapsed microscopy combined with microfluidic device of the Cellular and Molecular Microbiology lab at ULB)

Du har inte tillräckligt med frihetsgrader för att se den här videon. Stöd fri programvara och uppgradera.

Historia

Historien om bakteriociner börjar med den belgiske forskaren André Gratia. Som ett tidigt resultat av ett sökande efter bakterier med antimikrobiella egenskaper beskrev Gratia 1925 aktiviteten hos colicin, den första kända bakteriocinen. Denna upptäckt skedde samtidigt med Alexander Flemings beskrivning av antibiotikumet penicillin 1928 och de oberoende observationerna av bakteriofagernas aktivitet av Frederick Twort 1915 och Félix d’Hérelle 1917.

Bakteriociner fick inte samma uppmärksamhet som antibiotika, eftersom bristen på förståelse för deras biologi ledde till svårigheter vid tillverkningen av dem och låg konsistens när det gällde att kontrollera mikrobiell tillväxt. Detta ledde till att kemiskt syntetiserade bredspektrumantibiotika dominerade under resten av 1900-talet fram till idag. Liknande problem observerades med bakteriofager, även om de har fått omfattande medicinsk användning i landet Georgien genom d’Hérélles och George Eliavas arbete, liksom i Ryssland och Polen Användningen av bakteriofager inom mejeriindustrin har också kommersialiserats i USA och Nederländerna.

För närvarande förknippas användningen av bakteriofager oftast med livsmedelsindustrin. Många bakteriociner produceras av Gram-positiva arter, särskilt mjölksyraproducerande bakterier som Lactoccocus sp. Nisin är den mest använda av dessa bakteriociner som fungerar som livsmedelskonserveringsmedel och har GRAS-status (generellt erkänd som säker) av FDA och är godkänd som konserveringsmedel (livsmedelstillsats) i Europeiska unionen (E234).

Antimikrobiell resistens (AMR)

Uppkomsten av antimikrobiell resistens (AMR) har stora negativa konsekvenser för människors hälsa. Minskad antibiotikaanvändning i medicinska och industriella tillämpningar bör vara ett gemensamt mål för att minska mängden antibiotika som släpps ut i miljön. Bakteriociner erbjuder ett lovande tillvägagångssätt för att lösa detta problem. Om man dessutom undviker användningen av antibiotika i industriella tillämpningar av biofermentorer kan man minska produktionskostnaderna och bidra till att fokusera den metaboliska produktionen på produktion.

Ny utveckling inom akademisk forskning

Bakteriociner är också kända för att spela en roll i bakteriell kommunikation och ekologi. Tarmen och munhålan är till exempel delar av människokroppen som rymmer tusentals olika bakteriearter. Dessa bakterier, som ofta är nyttiga för människans hälsa, befinner sig ständigt i en stressig miljö och konkurrerar om mat och utrymme. När han var forskare i professor Pascal Hols labb (UCL/LIBST) visade dr Johann Mignolet (numera projektledare för forskning och utveckling på Syngulon) att Streptococcus salivarius, en bakterie som lever i människans tarm, använder ett kommunikationsferomon för att samtidigt utlösa två reaktioner: förmågan att modifiera sin arvsmassa genom att förvärva ”främmande” DNA och produktionen av potenta bakteriociner. Dessa toxiner eller icke-transformerbara varianter av S. Salivarius skulle kunna användas för medicinska ändamål för att döda skadliga multiresistenta superbakterier som Staphylococcus aureus och flera streptokocker (Mignolet et al 2018; PMID: 29444418; DOI: 10.1016/j.celrep.2018.01.055).

Denna figur anpassad från Mignolet et al, 2018, visar de olika transkriptionella kaskaderna som utlöser kompetensinträde och uttryck av bakteriocinkodande gener i fyra olika streptokockmodeller: S. salivarius, S. thermophilus, S. mutans och pneumoniae. Särskilt intressant är att bakteriocinregleringssystemet BlpRH/BlpC saknas eller är ofullständigt i S. Salivarius. Rutorna visar system som delas mellan arter. Stora kontinuerliga pilar visar transkriptionskontroll och streckade pilar visar proteintranslation. Små kontinuerliga pilar visar protein/peptid/fosfatrörelse.

Den bakteriedödande analysen nedan visar tillsättning av ett feromon som inducerar bakteriocinproduktion, vilket leder till en hämmande effekt på omgivande bakterier.