Bioprospecting the Cultivable Bacteria Associated with Trididemnum maragogi from the Saint Peter and Saint Paul’s Archipelago (Brazil) for Bioactive Metabolites

Diep in de oceaan, waar het zonlicht vervaagt en de druk toeneemt, vindt het leven een manier om te gedijen in onverwachte partnerschappen. Onder de meest succesvolle van deze partnerschappen behoren de relaties tussen mariene dieren en de microscopische bacteriën die op of in hen leven. Decennialang wisten wetenschappers al dat deze kleine buren niet slechts passagiers zijn; ze zijn vaak de ware fabrieken achter de krachtige chemische verbindingen die in zeedieren worden gevonden. Veel van de medicijnen die we vandaag de dag gebruiken, vooral die welke kanker bestrijden, werden oorspronkelijk ontdekt in mariene dieren zoals zeepieren, maar verder onderzoek heeft onthuld dat de bacteriën die in hen leven vaak degene zijn die de medicijnen daadwerkelijk maken. Dit besef heeft de focus van medicijnontdekking verschoven naar de microscopische wereld, waar onderzoekers zoeken naar nieuwe chemische structuren die de volgende generatie levensreddende behandelingen kunnen worden.

In een afgelegen hoek van de Atlantische Oceaan, ver van het Braziliaanse vasteland, ligt een kleine cluster vulkanische eilanden bekend als de archipel van Sint-Pieter en Sint-Paulus. Deze geïsoleerde plek is de thuisbasis van een unieke soort zeepier, een klein, stationair dier dat water filtert voor voedsel. Een team van onderzoekers reisde naar deze archipel om monsters te verzamelen van deze specifieke zeepier, die in grote, platte vlakken op de rotsachtige oceaanbodem groeit. Hun doel was niet om het dier zelf te bestuderen, maar om de gemeenschap van bacteriën te onderzoeken die op zijn oppervlak leeft. Ze wilden zien of deze microben chemicaliën konden produceren die in staat zijn de groei van kankercellen te stoppen, een eigenschap die bekend staat als antiproliferatieve activiteit.

De wetenschappers brachten hun monsters mee terug naar het laboratorium en begonnen aan het langzame werk van het scheiden van de bacteriën van het zeepiertsweefsel. Ze plaatsten kleine hoeveelheden van het vermalen dierlijk materiaal op verschillende soorten voedselrijke platen, wachtend tot de bacteriën groeiden tot zichtbare kolonies. Gedurende meerdere maanden leverde dit proces vijftig verschillende bacteriestammen op. De onderzoekers identificeerden vervolgens wat voor soort bacteriën ze hadden gevonden door een specifieke genetische code te lezen die voor alle levende wezens gebruikelijk is. Ze ontdekten een diverse mix van microben, waaronder groepen die bekend staan om hun vermogen om complexe medicijnen te produceren, zoals Bacillus en verschillende soorten actinomyceten, die bacteriën die beroemd zijn om het maken van antibiotica.

Om te testen of deze bacteriën nuttig waren, kweekten het team ze in vloeibare culturen en extraheerden ze de chemicaliën die zij produceerden. Ze stelden deze extracten vervolgens bloot aan twee verschillende soorten menselijke kankercellen in een schaal: één van een melanoom (huidkanker) en een andere van een darmkanker. De resultaten waren veelbelovend. Verschillende van de bacteriële extracten stopten de groei van de kankercellen, waarbij sommige bijzonder sterke effecten vertoonden. De meest succesvolle extracten kwamen van bacteriën die behoren tot de Micromonospora- en Salinispora-groepen. Deze specifieke stammen waren in staat om de kankercellen te doden of de groei ervan te stoppen bij zeer lage concentraties, wat suggereert dat ze krachtige chemische wapens produceerden.

Het weten dat een bacterie kankercellen doodt, is echter pas de eerste stap. De onderzoekers moesten begrijpen welke chemicaliën hiervoor verantwoordelijk waren. Ze gebruikten een geavanceerde techniek die moleculen scheidt en identificeert op basis van hun gewicht en structuur. Deze methode stelde hen in staat om een kaart te maken van de aanwezige chemicaliën in de extracten. Ze vonden dat sommige van de actieve extracten bekende families van verbindingen bevatten, zoals staurosporines en rifamycines, die al bekend staan om hun anti-kanker eigenschappen. Toch was de meest opmerkelijke bevinding dat de overgrote meerderheid van de gedetecteerde chemische signalen niet overeenkwam met iets in bestaande databases. Ongeveer vijfentwintig procent van de gevonden chemicaliën was volledig onbekend aan de wetenschap, wat een verborgen chemische diversiteit vertegenwoordigt die nog nooit eerder was gezien.

Om dieper in dit mysterie te duiken, selecteerde het team een van de meest actieve bacteriën, een stam van Micromonospora, en sequentieerde de volledige genetische code ervan. Deze genomische kaart onthulde dat de bacterie twintig verschillende clusters van genen bezit die toegewezen zijn aan het maken van complexe moleculen. Terwijl sommige van deze genclusters overeenkwamen met bekende routes voor het maken van antibiotica of andere medicijnen, leken veel andere volledig nieuw. Het genetische blauwdruk suggereerde dat de bacterie het vermogen heeft om een grote verscheidenheid aan verbindingen te produceren, inclusief enkele die nog nooit beschreven waren. Dit bevestigde dat de bacteriën niet alleen de enkele bekende chemicaliën maakten die de onderzoekers hadden opgemerkt, maar waarschijnlijk een veel breder scala aan nieuwe stoffen synthetiseren.

De studie concludeert dat de zeepieren van de archipel van Sint-Pieter en Sint-Paulus, en de bacteriën die met hen samenleven, een rijke en grotendeels onverkende bron van nieuwe medicijnen zijn. Hoewel de onderzoekers in deze specifieke studie geen enkel nieuw medicijn hebben geïsoleerd, hebben zij aangetoond dat deze afgelegen oceaanische eilanden microbiële gemeenschappen herbergen die in staat zijn tot het produceren van een enorme variëteit aan unieke chemicaliën. Het werk benadrukt de waarde van het kijken voorbij het dier zelf naar de microscopische partners die in het dier leven. Door de studie van bacteriële genetica te combineren met de analyse van hun chemische output, kunnen wetenschappers de oceaan beter navigeren door de "donkere materie" — de miljoenen onbekende moleculen die wachten om ontdekt te worden. Deze aanpak biedt een krachtig pad vooruit voor het vinden van de volgende generatie behandelingen voor ziekten zoals kanker, geworteld in de biodiversiteit van de meest geïsoleerde ecosystemen ter wereld.