El aumento de bacterias mutantes y resistentes a múltiples medicamentos, que no responden al tratamiento con antibióticos, es una tendencia preocupante en todo el mundo. Con el uso de antibióticos promotores del crecimiento (AGP) restringidos en un número cada vez mayor de países, las industrias ganadera y avícola están buscando alternativas libres de antibióticos que mantengan a los animales y las aves sanos y productivos. El Centro Richard M. Jaffee de Microbiología Aplicada de Amlan International está desarrollando tecnología líder en la industria que ayuda a los productores de ganado y aves de corral a alcanzar el máximo rendimiento libre de antibióticos.
Descubrir nuevos métodos para combatir la prevalencia de patógenos resistentes y mutantes es solo uno de los temas que los científicos del Centro Richard M. Jaffee de Microbiología Aplicada están investigando. El equipo de investigación del nuevo laboratorio de vanguardia de Amlan está utilizando un enfoque antivirulencia para controlar patógenos, que también ha sido un foco de investigación para el desarrollo de nuevos medicamentos antimicrobianos para humanos.
Nueva alternativa a los antibióticos
A diferencia de los antibióticos convencionales, el enfoque de antivirulencia se dirige a los factores de virulencia bacteriana y tiene como objetivo desarmar a los patógenos y modificar sus comportamientos haciéndolos menos dañinos (menos virulentos) para el huésped. La probabilidad de bacterias mutantes y resistentes a múltiples medicamentos es mucho menor utilizando este enfoque.
Hay muchas opciones para controlar los patógenos utilizando un enfoque antivirulencia. Estos objetivos de antivirulencia incluyen:
- Toxinas
- Sistemas de secreción
- Detección de quórum
- Señalización huésped-patógeno
- Adhesinas
- Formación de biopelículas
- Sideróforos
- Evasión inmune
Investigaciones anteriores en Amlan International mostraron una promesa emocionante en el área de detección de quórum. El Centro Richard M. Jaffee de Microbiología Aplicada continúa llevando a cabo investigaciones de detección de quórum como un componente del enfoque general de antivirulencia para mejorar la salud y la producción de ganado y aves de corral.
Las bacterias pueden comunicarse
La detección de quórum es un sistema de comunicación entre las células bacterianas que permite a las bacterias regular su actividad en respuesta a los estímulos. Este sistema de comunicación implica que las bacterias liberen bioquímicos en el medio ambiente que se acumulan en el área circundante hasta alcanzar una concentración umbral crítica1. Los bioquímicos luego se unen a los receptores en las bacterias, señalando la expresión génica.
La detección de quórum puede controlar muchas funciones en las bacterias2 , incluyendo:
- Población bacteriana
- Expresión génica virulenta
- Bioluminiscencia
- Generación de pigmentos
- Enjambre bacteriano
- Formación de biopelículas
El enfriamiento del quórum silencia las bacterias
El enfriamiento de quórum es un enfoque que puede interrumpir el sistema de detección de quórum de las bacterias patógenas, impidiendo la comunicación de célula a célula y la expresión de genes de virulencia que podrían conducir a su infección en el huésped. Los productos de enfriamiento de quórum deberían reducir la posibilidad de resistencia a los antibióticos, ya que están modificando el comportamiento de las bacterias en lugar de matarlas.
Calibrin-Z® interrumpe la detección de quórum
La evidencia del enfriamiento del quórum por el producto de control de biotoxinas Calibrin-Z® de Amlan se publicó en el Journal of Agricultural and Food Chemistry . El equipo de investigación del Centro Richard M. Jaffee de Microbiología Aplicada continúa construyendo sobre estos resultados positivos y una mayor investigación de detección de quórum.
El estudio anterior ilustró que in vitro, las moléculas de detección de quórum pueden separarse por adsorción o descomponerse catalíticamente en pequeños fragmentos por Calibrin-Z. Al reducir la concentración de bioquímicos de detección de quórum, los productos pueden potencialmente interrumpir la capacidad de las bacterias patógenas para producir toxinas o reducir su virulencia, ya que estas funciones se controlan a través de la detección de quórum.
Además, debido a su mayor acidez, mayor volumen de poros y mayor área de superficie, en el mismo estudio Calibrin-Z se desempeñó mejor que la sílice, la ilita y la caolinita como catalizadores / adsorbentes en la eliminación de moléculas de detección de quórum.
Cuando se incubó con Vibrio harveyi, una bacteria que exhibe bioluminiscencia controlada a través de la señalización de quórum, Calibrin-Z redujo la luminiscencia bacteriana en un 55% (del área bajo la curva; Figura 1). Si bien esto demostró que se produjo interferencia en la detección de quórum, los números bacterianos no se vieron afectados, lo que indica que la reducción de la bioluminiscencia se logró a través del enfriamiento del quórum y no matando bacterias.
Figura 1: Luminiscencia bacteriana de un cultivo de Vibrio harveyi tratado con diferentes concentraciones de Calibrin-Z. Se utilizó Vibrio parahaemolyticus (Vp) como control negativo no luminiscente. A 10 mg/ml, Calibrin-Z redujo la luminiscencia bacteriana en un 55% (área bajo la curva).
La detección de quórum es solo uno de los factores de virulencia que está investigando el equipo de investigación del Centro Richard M. Jaffee de Microbiología Aplicada. Del mismo modo, el enfoque antivirulencia es solo una de las tecnologías de próxima generación que se está desarrollando en el laboratorio para maximizar las ganancias de los productores de ganado y aves de corral al mejorar la salud y la productividad de su rebaño o rebaño.
Manténgase atento para obtener más información sobre la investigación innovadora realizada dentro del Centro Richard M. Jaffee de Microbiología Aplicada.
Referencias
- Naik, S.P., Scholin, J., Ching, S., Chi, F. y Herpfer, M. (2018). Interrupción de la detección de quórum en bacterias Vibrio harveyi por materiales de arcilla. Revista de Química Agrícola y Alimentaria, 66 (1), 40-44. DOI: 10.1021/acs.jafc.7b03918
- Williams, P. (2007) Quorum Sensing, Communication and Cross Kingdom Signalling in the Bacterial World. Microbiología, 153 (12), 3923−3938. DOI: 10.1099/mic.0.2007/012856-0
