Die Forschung erklärt die Kommunikation zwischen Bakterien – und wie man sie ausrottet

In einem wissenschaftlichen Artikel wurde ausführlich beschrieben, wie Bakterien das interzelluläre Kommunikationssystem nutzen. Und was können Sie tun, um es zu stoppen? Die Forschung wurde in der Zeitschrift Heliyon von Wissenschaftlern des Food Research Center (FoRC) und der Cornell University in den USA veröffentlicht.

Für alle, die es eilig haben:

• In einem wissenschaftlichen Artikel wurde ausführlich beschrieben, wie Bakterien das interzelluläre Kommunikationssystem nutzen – und was man dagegen tun kann;
• Die Existenz des Systems und die Möglichkeit, es zu verhindern, sind nichts Neues, aber das Wissen darüber bedarf noch der Ausarbeitung und Systematisierung;
• Ziel der Forschung ist es, den Weg für mögliche Anwendungen zu ebnen – und darauf werden sich die nächsten Schritte wirklich konzentrieren.

Dieses Kommunikationssystem wird Quorum Sensing genannt. Vermittelt durch chemische Signale nutzen Bakterien es beispielsweise, um Massenangriffe auf einen Wirt zu koordinieren.

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Das System selbst sowie sein Hemmungspotential sind nichts Neues. Seit Anfang der 2000er Jahre ist bekannt, dass Pflanzenextrakte, die phenolische Verbindungen enthalten, dieses System hemmen können. Es wurden viele Studien durchgeführt, um seine Mechanismen zu verstehen.

Dieses Wissen musste jedoch detailliert und systematisiert werden, um den Weg für mögliche Anwendungen zu ebnen. Dies ist der Artikel, der in der Zeitschrift Scientists at FoRC and Cornell University veröffentlicht wurde Hölleentsprechend USP Journal.

Wir beschreiben detailliert, wie die wichtigsten phenolischen Verbindungen aussehen [dos mais de dez mil existentes] Es wirkt gegen die bekanntesten pathogenen Bakterien wie Pseudomonas aeruginosa, Salmonella und Serratia marcescens. Und wir haben herausgefunden, dass niedrige Konzentrationen dieser Verbindungen tatsächlich ausreichen, um die bakterielle Kommunikation zu verhindern.

Emilia Maria Franca Lima, Lebensmittelwissenschaftlerin und leitende Autorin des Artikels

mögliche Anwendungen

Das Wissen über diese Hemmmechanismen kann unter anderem bei der Arzneimittelentwicklung, wirksamen Lebensmittelverpackungen und Reinigungsprodukten genutzt werden, um die Sicherheit bei der Bakterienbekämpfung zu erhöhen.

Die große Hoffnung besteht darin, dass es auch das Potenzial hat, zur Lösung eines verwandten Problems der öffentlichen Gesundheit beizutragen: der mikrobiellen Resistenz gegen Antibiotika.

Wenn wir beispielsweise ein Antibiotikum verwenden, töten wir Bakterien ab. Da dieses Antibiotikum jedoch häufig wahllos eingesetzt wird, selektieren wir letztendlich resistente Bakterien, die durch Mutation oder den Erwerb von Resistenzgenen entstehen. Daher könnte die Kombination von Antibiotika und Phenolverbindungen eine vielversprechende Strategie sein.

Emilia Maria Franca Lima, Lebensmittelwissenschaftlerin und leitende Autorin des Artikels

Das Potenzial für diese Anwendungen besteht nur, weil die phenolischen Verbindungen die Kommunikation der Bakterien beeinträchtigen und sie daran hindern, zu erkennen, wann sie in ausreichender Zahl vorhanden sind, um Virulenzfaktoren zu produzieren.

Um diese Virulenzfaktoren herzustellen, muss eine enorme Energiemenge bereitgestellt werden, was Bakterien alleine nicht leisten können. Daher sei es unbedingt erforderlich, dass sie sich zusammenschließen, bis sie ein vorgegebenes Quorum erreicht haben, erklärte der Forschungsleiter, der Mikrobiologe Uelinton Manoel Pinto, Professor am USP College of Pharmaceutical Sciences und Forscher am FoRC, der auch Mitautor der Studie ist Stephen C. Winans von der Cornell University.

Ihm zufolge wurden die Details dieses interessanten Kommunikationssystems über Jahrzehnte hinweg aufgedeckt, wobei der Schwerpunkt auf der Einführung des Begriffs „Quorum Sensing“ durch Winans in den 1990er Jahren lag.

Untersuchungen haben gezeigt, dass viele mikrobielle Verhaltensweisen durch die Kommunikation mit Mikroorganismen beeinflusst werden, darunter die Produktion von Virulenzfaktoren (wichtig für Infektionsmechanismen), die Bildung von Biofilmen (in vielen Bereichen relevant) und den Verderb von Lebensmitteln.

Seitdem haben viele Forscher auf der ganzen Welt Möglichkeiten untersucht, die durch Quorum Sensing vermittelte mikrobielle Kommunikation zu verhindern.

Bakterienhemmer

Der Artikel, der aus Emílias Doktorarbeit hervorgegangen ist, kategorisiert potenzielle Quorum-Sensing-Hemmungssysteme in: spezifisch, unspezifisch und indirekt.

Bestimmte Inhibitoren wirken direkt auf Proteine, die Moleküle produzieren oder akzeptieren, über die Bakterien kommunizieren. Es sei, als sei es „Rauschen“, das die korrekte Interpretation der von den Mikroorganismen empfangenen Informationen verhindert, erklärte Emilia.

Der Forscher fügte hinzu, dass auch einige Enzyme auf diesen spezifischen Mechanismus einwirken. Dies liegt daran, dass sie in der Lage sind, Signalmoleküle abzubauen und dadurch die Kommunikation zum Schweigen zu bringen.

Unspezifische Inhibitoren wirken auf intrazelluläre Wege, die Botenmoleküle regulieren. Laut Emilia wirkt sich dies indirekt auf Quorum-Sensing-Kommunikationswege aus, die auch von diesen intrazellulären Botenstoffen beeinflusst werden.

Schließlich greifen indirekte Inhibitoren umfassender andere Wege an, die an der Produktion von Enzymen und Proteinen beteiligt sind, stören den globalen Stoffwechsel des Mikroorganismus und beeinträchtigen so die bakterielle Kommunikation, so der Forscher.

Nächste Schritte

Nachdem nun die Mechanismen detailliert beschrieben sind, widmet sich die Gruppe von Professor Olinton Pinto an der USP der neuen Forschung.

Derzeit werden Studien entwickelt, die darauf abzielen, phenolische Verbindungen zu kombinieren, um ihre Wirkung gegen Krankheitserreger wie z P. aeruginosa er saß Salmonellen.

Der Professor sagte, dass seine Gruppe eine Partnerschaft mit Forschern aus Frankreich eingeht, um die Sicherheit der Verwendung von Formulierungen phenolischer Verbindungen im menschlichen Körper zu bewerten.

Daher wird die mögliche toxische Wirkung von Kombinationen phenolischer Verbindungen in einem In-vitro-Modell untersucht – ob infizierte oder nicht infizierte Lungenzellen P. aeruginosa – In einem In-vivo-Modell mit Nematoden (mikroskopisch kleiner Wurm) Elegante CaenorhabditisS.

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