RUG-microbiologen en hun collega's uit Litouwen hebben een nieuwe glycocine ontdekt, een klein antimicrobieel peptide waaraan een suikergroep is bevestigd, die wordt geproduceerd door een thermofiele bacterie en stabiel is bij relatief hoge temperaturen. Ze slaagden er ook in om de genen die nodig zijn om deze glycocine te produceren, over te dragen aan een E. coli-bacterie. Dit maakt het gemakkelijker om deze verbinding te produceren en te onderzoeken, die mogelijk gebruikt kunnen worden bij de productie van biobrandstoffen. Deze bevindingen zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 7 maart.

De opkomst van antibioticaresistentie heeft de zoektocht naar nieuwe antimicrobiële stoffen gestimuleerd. Bacteriocines - peptidetoxinen die door bacteriën worden geproduceerd om de groei van vergelijkbare of verwante bacteriestammen te remmen - zijn een mogelijk alternatief voor de meer traditionele antibiotica. Bacteriocines zouden ook nuttig zijn om fermentaties bij hoge temperatuur te beschermen die worden gemedieerd door thermofiele bacteriën. Maar daarvoor zijn bacteriocines nodig die stabiel zijn bij hogere temperaturen.

Mysterie

"Daarom waren we geïnteresseerd om te ontdekken dat de thermofiele bacterie Aeribacillus palladius, geïsoleerd uit de bodem boven een oliebron in Litouwen, bleek een antibacterieel peptide te produceren, ", zegt RUG-hoogleraar Moleculaire Biologie Oscar Kuipers. Tot nu toe zuivering en identificatie van de verbinding was niet succesvol geweest. Daarom, doctoraat student Arnoldas Kaunietis van de Universiteit van Vilnius bracht bijna twee jaar door in het lab van Kuipers om het mysterie op te lossen. Hij is de eerste auteur van het nieuwe artikel.

Door genomische informatie van de Litouwse bacteriën te analyseren met behulp van BAGEL4-software ontwikkeld door Anne de Jong en Auke van Heel in de groep van Kuipers, ontdekten de onderzoekers de genen die verantwoordelijk zijn voor de aanmaak van bacteriocine, en het uiteindelijke genproduct werd pallidocine genoemd. De BAGEL4-software zoekt naar genclusters met het potentieel om nieuwe antimicrobiële stoffen te produceren.

Suiker

Het antimicrobiële middel bleek een glycocine te zijn dat behoort tot een klasse van post-translationeel gemodificeerde peptiden. Dit betekent dat na de productie ervan, een of meer functionele groepen worden aan het peptide toegevoegd. In het geval van glycocinen, deze functionele groep is een suiker. "Tot nu toe waren er slechts vijf andere glycocinen bekend, ', zegt Kuipers.

Om verder onderzoek en engineering van dit peptide te vergemakkelijken, de genen die verantwoordelijk zijn voor de productie van pallidocine werden overgebracht naar E. coli BL21 (DE3) bacteriën. "De expressie van de genen werkte goed, wat een echte doorbraak is, omdat het moeilijk is om een ​​hele antimicrobiële genencluster van een gram-positieve bacteriestam direct in een gram-negatieve bacterie tot expressie te brengen en om het product uitgescheiden te krijgen."

Biobrandstof

Na het isoleren van pallidocine, de wetenschappers konden bevestigen dat het zeer thermostabiel is en een extreem sterke activiteit vertoont tegen specifieke thermofiele bacteriën. Verder, door gebruik te maken van de sequentie van pallidocinebiosynthesegenen in BAGEL4, twee vergelijkbare peptiden werden ontdekt in twee verschillende stammen van Bacillus-bacteriën. Deze peptiden, genaamd Hyp1 en Hyp2, werden ook met succes tot expressie gebracht in de E. coli-stam. "Dit toont aan dat het expressiesysteem goed werkt voor verschillende glycocinen; het is in staat om ze in vivo te produceren, ', zegt Kuipers.

Pallidocine kan nuttig zijn bij fermentaties bij hoge temperatuur, die worden gebruikt voor de productie van biobrandstoffen of chemische bouwstenen. De hogere temperatuur maakt het makkelijker om vluchtige producten zoals ethanol terug te winnen, maar vermindert ook het risico op besmetting met gewone bacteriën. Echter, besmetting met thermofiele bacteriën is mogelijk. "Zowel pallidocine als Hyp1 lijken actief te zijn tegen thermofiele bacteriën en sommige Bacillus-soorten, ", zegt Kuipers. En er zouden meer toepassingen kunnen zijn:"Verontreiniging door thermofielen is ook een probleem in de voedingsmiddelenindustrie."