Forskere ved NMBU har oppdaget noe uventet om melkesyrebakterier: Jo flinkere de er til å utskille spesifikke proteiner, desto dårligere trives de selv.
Melkesyrebakterier er en naturlig og viktig del av tarmfloraen vår, spiller en viktig rolle for helsen og finnes i tradisjonelle fermenterte matvarer som yoghurt og spekepølse.
Nå undersøker forskere om de også kan brukes til å levere vaksiner og medisiner inne i kroppen. Ved å gi dem en genetisk «oppskrift», kan de lage vaksineproteiner selv og fungere som små vaksinefabrikker. For at de skal bli effektive vaksiner må så mye som mulig av vaksineproteinene fraktes ut av bakteriene og binde seg til overflaten. Når disse proteinene festes på utsiden av bakterien, kan de lettere bli oppdaget av immunforsvaret – og gi en vaksineeffekt.
Men det er ikke så enkelt. Ny forskning fra NMBU viser at bakterier som fester mye protein på utsiden av cellen kan bli overbelastet.
Bakterier som sliter
I en ny studie brukte forskerne bakterien Lactiplantibacillus plantarum for å finne ut hva som skjer når den lager og sender ut slike proteiner. Svaret ligger i en del av proteinet som kalles signalpeptid. Et signalpeptid er en slags adresselapp for vaksineproteinene i bakterien, som dirigerer dem ut av bakterien.
Resultatene var overraskende: Bakteriene som var best til å sende ut proteinene og feste dem på overflaten, vokste dårligere enn de som beholdt proteinene inni seg til tross for at disse lagde mer av proteinet totalt. Det var altså det å få proteinene ut av bakterien som gjorde at disse bakteriene slet, ikke selve produksjonen av proteiner.
– Vi så at de bakteriene som festet mest proteiner på overflaten, som vi ønsker at de skal gjøre, led av en slags "overbelastning". Denne overbelastningen førte til at bakteriene ikke delte seg like fort, sier Kamilla Wiull. Hun er forsker i molekylær mikrobiologi og hovedforfatter av den nye studien.
Bakteriene som vokste raskt, klarte ikke å sende ut proteinene. I stedet ble proteinene fanget inne i bakteriecellen.
– I bakteriene som tilsynelatende hadde «god helse» og vokste fort, ble det produsert masse vaksineproteiner, men de klumpet seg inni cellen uten å klare å komme ut og ble dermed fanget der. Denne sammenhengen har ikke blitt vist før, sier Wiull.
– Aller helst ønsker vi bakterier som vokser fort, samtidig somdehar mye protein på utsiden, men vår studie viser at det kan være vanskelig å få til, forteller Wiull videre.
Figur:
Mikroskopibildet viser hvor i bakterien proteinet finnes. Bakteriene til venstre har alt proteinet samlet inne i cellen, og de ble derfor farget røde.
I bakteriene til høyre har derimot alt produsert protein blitt transportert til og festet på overflaten, og de ble derfor farget grønne.
Viktig kunnskap for fremtidens vaksiner
Forskerne fant at det var egenskapene til signalpeptidene som var viktigst for hvordan bakteriene presterte. Jo mer vannavstøtende signalpeptidene var, desto lettere slapp proteinene ut, men det kostet mer for bakterien.
– Vi synes det er veldig spennende at vi gjennom grunnforskning på mikroorganismer har lært mer om hva som kan skje når bakteriens transportapparat blir overbelastet, fordi det produseres store mengder av ett enkelt protein, sier Geir Mathiesen, forsker og medforfatter.
Han forteller at kunnskapen kan være avgjørende når man skal jobbe videre med å utvikle genmodifiserte bakterier som levende vaksinebærere eller leveringssystemer for medisiner i tarmen.
– Ved å forstå hvordan proteintransport påvirker bakterienes helse, kan man skreddersy mer effektive og hardføre, bakteriebaserte produsenter, sier han.
Kilde
Kamilla Wiull, Morten Kjos, Vincent G H Eijsink, Geir Mathiesen, An inverse relationship between fitness and secretion efficiency in a gram-positive bacterium, PNAS Nexus, Volume 4, Issue 5, May 2025, pgaf131, https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgaf131