Microbiologie in hapklare porties
“Honey, I killed the bacteria” – Het effect van honing op het menselijk orale microbioom
Alleen al door deze zin te lezen, zijn jij en ik aan het communiceren. We hebben een verfijnde/geavanceerde manier van communiceren ontwikkeld, die zowel verbale als non-verbale signalen combineert. Communicatie is essentieel om te overleven. Het is misschien duidelijk hoe mensen en andere zoogdieren communiceren, maar hoe communiceren microben?
Communicatie… wat betekent het eigenlijk? Is het gewoon het afgeven van signalen? Of is er een precieze definitie waaraan we ons horen te houden? Ik denk graag aan communicatie als het uitwisselen van informatie. Hoewel dit een brede definitie is, denk ik dat het de belangrijkste basis dekt. Computers communiceren in de vorm van codes en algoritmen. Mensen gebruiken spraak, lichaamstaal en schrift. Maar, wat gebruiken microben?
De afgelopen 15 jaar onderzochten wetenschappers een nieuwe manier waarop microben, en eigenlijk bijna elke soort cel, belangrijke informatie uitwisselen, namelijk extracellulaire vesikels (blaasjes) of EV’s (meer informatie over wat ze zijn volgt hieronder – blijf lezen). De studie van deze EV’s is recentelijk uitgegroeid tot een zeer actief onderzoeksdomein.
Over communicatie gesproken, wat heeft dit met honing te maken?
Nou, daar wou ik net op terugkomen. Maar omdat je zo aandringt, zal ik maar meteen ter zake komen.
Onlangs publiceerden wetenschappers uit Chili een artikel over de effecten van honing-afgeleide EV’s op het menselijk orale microbioom. Honing EV’s leken de populaties van twee specifieke bacteriesoorten, Streptococcus mutans en Streptococcus sanguinis, te reduceren. Als je het nog niet wist, S. mutans is de bacterie verantwoordelijk voor tandbederf (Loesche, 1986). S. sanguinis daarentegen is overvloedig aanwezig in orale biofilms (Zhu et al., 2018), waar het de omgeving zodanig beïnvloedt dat ze minder gastvrij wordt voor tandplakbacteriën. Belangrijk, als S. sanguinis in de bloedbaan/-circulatie terechtkomt, kan deze orale bacterie pathogeen worden (Zhu et al., 2018). Hoewel deze observaties op zichzelf al cool zijn, zochten de onderzoekers een specifiek antwoord op de vraag waarom honing deze effecten had.
Voordat we verder gaan, moeten we eerst begrijpen wat een EV eigenlijk is. De algemene definitie van een EV luidt als ‘kleine bolletjes die proteïnen, nucleïnezuren en andere deeltjes bevatten die vrijkomen in de extracellulaire omgeving’. Afhankelijk van wanneer en hoe deze kleine blaasjes werden geproduceerd, kunnen ze verschillende hoeveelheden/grootte van lading bevatten. Dat laatste is van cruciaal belang – de mogelijkheid om verschillende materialen te dragen op het membraan óf op te slaan aan de binnenkant van deze EV’s (figuur 1).
Oke, nu kunnen we overschakelen tot de kern van de zaak. Tijdens hun onderzoek ontdekten de onderzoekers dat honing-afgeleide EV’s antimicrobiële stoffen bevatten, waaronder MRJP1, Defensin-1, en Jellein-3. Laten we deze drie eens ontleden.
MRJP1 of ‘Major Royal Jelly Protein’, is het meest voorkomende eiwit in honing en wordt geproduceerd door honingbijen. Onderzoekers rapporteerden dat het eiwit antibacteriële effecten heeft tegen Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën. Dit antibacterieel effect is te wijten aan een MRJP1-gemedieerde verandering in celpermeabiliteit en geïnduceerde membraanlysis.
Defensin-1 heeft een soortgelijk, maar enigszins ander werkingsmechanisme dan MRJP1. Het induceert de vorming van poriën, vermindert de vloeibaarheid van het membraan en reorganiseert het membraan. Dit zal uiteindelijk leiden tot lysis van het bacteriële membraan.
Jellein-3 is een klein antimicrobieel peptide dat specifiek schijnt te zijn voor Gram-positieve bacteriën. Verrassend genoeg is er niet veel bekend over de antimicrobiële activiteit van Jellein-3, of andere leden van de Jelleins (Fontana et al., 2004).
Dus, deze antimicrobiële peptiden werden gevonden in EV’s van honing, maar hoe hebben de onderzoekers dit ontdekt? Ze vertrokken van pure honing en onderwierpen die aan ultracentrifugatie (met snelheden tot 30.000 rotaties per minuut). Hierdoor werden de EV’s van de andere honingcomponenten gescheiden. De geïsoleerde EV’s werden op hun beurt grondig bestudeerd met behulp van een groot aantal andere technieken om de antimicrobiële peptiden te identificeren. De onderzoekers gebruikten vervolgens deze geïsoleerde EV’s om hun effect op de membraan integriteit van twee orale bacteriën S. mutans en S. sanguinis te bestuderen. Zij ontdekten dat de aan EV-blootgestelde bacteriën stijve, niet-flexibele membranen hadden. Dit in tegenstelling tot niet-blootgestelde bacteriën die gladde en normale membranen vertoonden. De verandering in membraantextuur naar stijve membranen, maakt deze gevoeliger voor scheuren (i.e. membraandesintegratie). Hiermee wordt dan ook ineens het antimicrobiële effect van honing-afgeleide EV’s op orale bacteriën bevestigd (figuur 2).
Cool! Maar waarom zou ik dit aan mijn vrienden gaan vertellen?
Denk aan de film Inception, waar de mogelijkheid om ideeën in iemands hoofd te planten verkend wordt door middel van dromen. Het idee is dat we een idee kunnen exporteren naar iemands brein, zonder dat hij doorheeft dat het een vreemd – niet eigen – idee is. Dit principe kunnen we toepassen op EV’s. Deze studie toont aan dat honing-afgeleide EV’s antibacteriële peptiden bevatten. Waarom zouden we diezelfde EV’s niet kunnen opzuiveren en vullen met andere antimicrobiële stoffen, of een eigen gekozen inhoud? De mogelijkheden kunnen eindeloos zijn. Natuurlijk moeten we dan wel een methode ontwikkelen om deze EV’s te laden met zo’n op maat gemaakte lading (spoiler alert – het onderwerp van een toekomstig artikel). EV-onderzoek is een zeer actieve branche, en het is afwachten wat de toekomst brengt!
References:
Zhu, B., Macleod, L.C., Kitten, T., and Xu, P. 2018. Streptococcus sanguinis biofilm formation & interaction with oral pathogens. Future Microbiol. 13: 915-932.
Loesche, W.J. 1986. Role of Streptococcus mutans in human dental decay. 1986. Microbiol Rev. 50: 353-380.
Huang-Doran, I., Zhang, C., and Vidal-Puig, A. 2017. Extracellular vesicles: novel mediators of cell communication in metabolic disease. Trends Endocrinol Metab. 28: 3-18.
Fontana, R., Mendes, M.A., de Souza, B.M., Konno, K., Cesar, L.M.M., Malaspina, O., and Palma, M.S. 2004. Jelleins: a family of antimicrobial peptides from the Royal Jelly of honeybees (Apis mellifera). Peptides. 25: 919-928.
Link to the original post: Leiva-Sabadini, Camila et al. “Antibacterial Effect of Honey-Derived Exosomes Containing Antimicrobial Peptides Against Oral Streptococci.” International journal of nanomedicine vol. 16 4891-4900. 20 Jul. 2021, doi:10.2147/IJN.S315040
Featured image: https://pixabay.com/photos/bee-honeycomb-pollinator-hive-4668171/
Vertaald door: Lieselotte Peeters
micro-bites.org 