Dobre bakterie i płaszcz superbohatera

W jelicie człowieka bytuje tysiące gatunków bakterii. Naukowcy odkryli, że niektóre mogą być swego rodzaju "medykami", bo z powodzeniem leczą choroby przewodu pokarmowego. Część gatunków, widziana jest nawet w roli "rycerzy" w walce z rakiem okrężnicy lub jako wsparcie w leczeniu, a nawet zapobieganiu infekcjom, powodowanym innymi drobnoustrojami, np. C. difficile. Nie ważne, jak dobrze radzą one sobie z naszymi problemami, mają jednak własne. Istnieją bowiem przeszkody stojące na drodze do skutecznej pracy tych „bioterapeutów”. 

Niestety wiele gatunków, które mogą być dla nas pożyteczne, może ulegać uszkodzeniom wywołanym działaniem tlenu. To utrudnia ich namnażanie, przechowywanie i dostarczanie. Wydaje się jednak, że inżynierowie chemicy znaleźli sposób na to, jak temu zaradzić - wynaleźli specjalną powłokę ochronną, którą pokrywają bakterie, co pozwala im przetrwać proces produkcyjny.

Wyniki badań opublikowane zostały w Journal of the American Chemical Society. Naukowcy zastosowali powłokę na szczepie E. coli, a także na innym gatunku, który może pomóc w trawieniu skrobi roślinnej. Zapowiadają oni, że powłoka może być nakładana również na wiele innych gatunków.

„Uważamy, że ta powłoka może być użyta do ochrony praktycznie każdego interesującego drobnoustroju” – ogłosiła Ariel Furst, Raymond and Helen St. Laurent Career Development, profesor inżynierii chemicznej, współautorka wspomnianych badań. Dodała ona, że istnieją mikroby, które mogą pomóc w leczeniu różnych chorób i że należy je chronić w czasie procesu produkcyjnego.

Jak powstała powłoka ochronna?

Większość drobnoustrojów żyjących w jelitach człowieka jest beztlenowych i mają różny stopień wrażliwości na działanie tlenu. Niektóre owszem, mogą tolerować małe ilości tlenu, podczas gdy dla innych tlen jest on wręcz zabójczy.

Właściwości te utrudniają przeprowadzanie testów dotyczących ich potencjału w leczeniu chorób człowieka, ponieważ bakterie muszą być liofilizowane i zamykane w kapsułki, aby mogły być stosowane terapeutycznie. Z tych powodów Furst i jej koledzy postanowili spróbować ochronić bakterie beztlenowe, powlekając je materiałem wykonanym z jonów metali i związków organicznych zwanych polifenolami.

Gdy polifenole i jony metali zostaną wprowadzone do roztworu, tworzą dwuwymiarowy, przypominający kratkę arkusz. W tym badaniu naukowcy wykorzystali żelazo, które jest bezpieczne do spożycia przez ludzi oraz trzy polifenole, które zostały sklasyfikowane jako GRAS (ogólnie uważane za bezpieczne) przez Agencję ds. Żywności i Leków. Były to: kwas galusowy, kwas garbnikowy i epigallokatechina (EGCG). Wszystkie one znajdują się w herbacie i innych produktach roślinnych.

Jeśli do roztworu doda się również bakterie, materiał samoorganizuje się, tworząc powłokę na komórkach prokaryotycznych. Warstwa okazał się chronić bakterie podczas procesu liofilizacji i produkcji. Naukowcy wykazali, że powleczone komórki były zdrowe i zdolne do wykonywania normalnych czynności komórkowych, chociaż faktycznie, ich wzrost został tymczasowo zahamowany.

Po wystawieniu na działanie kwaśnego środowiska, takiego jak żołądek, powłoka rozpada się i uwalnia bakterie.

Poprawianie bakterii

Jednym ze szczepów, które naukowcy wykorzystali do przetestowania powłoki jest Bacteroides thetaiotaomicron. Gatunek ten wytwarza enzymy wyspecjalizowane w trawieniu węglowodanów i wydaje się występować w większych ilościach w mikrobiomie jelitowym zdrowych ludzi. Jednak dotychczas trudno było zbadać, w jaki sposób bakterie te mogą wpływać korzystnie na zdrowie jako bioterapeutyki, ponieważ są bardzo wrażliwe na tlen. A to stanowiło bardzo dużą trudność. Teraz wydaje się być to bezproblemowe. 

Perspektywy 

Powłoka, która wynaleziono nie wydaje się być ograniczoną w zastosowaniu. Może być również przydatna w rolnictwie, na przykład w działaniach wywołujących zwiększanie odporności upraw na stres. Innym możliwym zastosowaniem powłoki, przytaczanym przez samych autorów pracy jest użycie jej do ochrony drobnoustrojów używanych w szczepionkach. Szczepionka BCG, która składa się z bydlęcej wersji drobnoustroju wywołującego gruźlicę, jest trudna do wyprodukowania i musi być przechowywana w niskich temperaturach. Pokrycie bakterii warstwą ochronną może wyeliminować potrzebę przechowywania ich w chłodni i ułatwić dystrybucję. Takie ułatwienia mogłyby znacząco wpłynąć na dostępność wielu środków terapeutycznych.

Opracowanie: 

Źródło:

Gang Fan, Pris Wasuwanich, Mariela R. Rodriguez-Otero, Ariel L. Furst. Protection of Anaerobic Microbes from Processing Stressors Using Metal–Phenolic Networks. Journal of the American Chemical Society, 2021; DOI: 10.1021/jacs.1c09018

Zdjęcia pochodzą z freepika