Deze gerichte bestrijding van fagen zorgt voor geheel nieuwe biotechnologische en therapeutische benaderingen, bijv. voor faagtherapieën. De resultaten die in het kader van een ERC-grant zijn geproduceerd, zijn gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Het menselijk lichaam en zijn microbiota herbergen een grote hoeveelheid fagen. Deze infecteren bacteriën als virusdeeltjes om hun eigen voortbestaan ​​te verzekeren. Een van hun strategieën is om te integreren in het bacteriële genoom en zich te vermenigvuldigen via bacteriële celdeling. Echter, externe signaalmoleculen kunnen het plotselinge ontwaken van de fagen uit hun sluimerende fase activeren. Eenmaal geactiveerd, ze vernietigen hun gastheer, de bacterie, en zo hun nieuw geproduceerde virale deeltjes vrijgeven. Met een prestigieuze ERC Consolidator Grant van de European Research Council, Thomas Böttcher onderzoekt de omschakeling van de slapende (lysogene) naar de geactiveerde (lytische) levensstijl van fagen.

Oorlogvoering tussen microben

"We weten al dat fagen de populatiedynamiek van bacteriën beslissend beïnvloeden en dat micro-organismen concurreren door chemische wapens te gebruiken, " zegt Thomas Böttcher, Hoogleraar Microbiële Biochemie van de Faculteit Scheikunde en het Centrum voor Microbiologie en Milieusysteemkunde. “We wilden nu onderzoeken of, in de complexe microbiële ecosystemen, er zijn ook microben die specifiek fagen activeren om ze tegen hun concurrenten te gebruiken."

Inderdaad, konden de onderzoekers aantonen dat de bacterie Pseudomonas aeruginosa produceert grote hoeveelheden van een signaalmolecuul dat de omzetting van een faag in gang zet, woonachtig in een stam van de soort Staphylococcus aureus , van een stille metgezel in een dodelijke parasiet.

Zeer selectieve faagactivering

"We waren totaal verrast toen we ontdekten dat de chemische verbinding pyocyanine, die we konden isoleren en synthetiseren, activeerde alleen specifiek een van de verschillende fagen van Staphylococcus aureus . Pyocyanine is daarom een ​​zeer selectief middel, ", zegt co-auteur Magdalena Jancheva.

Het medicijn mitomycine C induceert DNA-schade in bacteriële cellen en zorgt ervoor dat fagen hun stervende gastheer verlaten, maar volgens Thomas Böttcher, "het activeert alle fagen in de bacteriën op een niet-selectieve manier." De onderzoekers zagen ook dat pyocyanine nog meer fagen afgeeft in Staphylococcus aureus dan mitomycine C, pyocyanine had daarom een ​​"opmerkelijk sterk effect".

Ontdekking biedt nieuwe perspectieven

De bacteriesoort Pseudomonas aeruginosa en Staphylococcus aureus dezelfde ecologische niche in het menselijk lichaam innemen. Als pathogenen, ze komen vaak voor in de longen van patiënten met cystische fibrose, een aangeboren stofwisselingsziekte. Stafylokokken bacteriën domineren op jonge leeftijd, terwijl Pseudomonas Bacteriën komen vaker voor met het ouder worden.

De huidige studie toont de efficiëntie aan van activering van latente fagen door chemische signaalstoffen in de strijd om ruimte en middelen tussen bacteriestammen. Het levert het eerste bewijs dat chemische signaalstoffen selectiviteit kunnen vertonen voor specifieke fagen in een polylysogene bacteriestam. Hier, de geactiveerde faag (phiMBL3) onthulde een voorheen onbekende moleculaire schakelaar waardoor de signaalstof werkt.

"Bepaalde signaalmoleculen zouden het mogelijk kunnen maken om ziekteverwekkers te bestrijden via faagactivering - ze zouden dus kunnen worden gebruikt om interne faagtherapie te starten, " zegt Thomas Böttcher. Tegelijkertijd de moleculaire schakelaars van de fagen, die selectief de productie van virale deeltjes triggeren via een signaalmolecuul zoals pyocyanine, zou ook kunnen dienen als een nieuw instrument voor biotechnologie of synthetische biologie. "Onze bevindingen openen een breed veld waarin we vooruit willen, ’ concluderen de onderzoekers.