Când majoritatea oamenilor aud cuvântul „bibliotecă”, ei se gândesc la cărți. La compania globală de ingrediente IFF, biblioteca înseamnă bacteriofagi. De 40 de ani IFF colectează mii de bacteriofagi și tulpini bacteriene din întreaga lume.

Bacteriofagii sunt viruși care atacă bacteriile. Când își recunosc gazda specifică, infectează mașinile celulare pentru a le permite replicarea. Acest lucru culminează cu moartea celulei și o creștere exponențială a populației de bacteriofagi în prezența gazdelor bacteriene sensibile. Acesta este un fenomen natural, dar, așa cum a explicat Damian Magill, liderul echipei de cercetători care studiază bacteriofagi la IFF, atunci când o afacere depinde de fabricarea produselor lactate, apariția acestora se poate dovedi catastrofală până la final.

„Domeniul meu de studiu a parcurs un drum lung din 1935, când oamenii de știință au descoperit pentru prima dată că bacteriofagii pot infecta culturile inițiale, distrugând astfel fermentația lactată”, a spus Magill.

„Cercetătorii au început imediat să investigheze modul în care bacteriofagii au interacționat și au afectat tulpinile inițiale. De atunci, oamenii de știință au lucrat pentru a atenua impactul negativ pe care bacteriofagii îl au asupra industriei produselor lactate fermentate.

Deși nu există nicio soluție rapidă care ar putea opri în totalitate aceste virusuri rezistente, limitarea efectului bacteriofagilor asupra producției de lactate a fost activitatea vieții multor biologi din echipa noastră de la IFF (care a făcut parte din DuPont Nutrition and Biosciences până în februarie 2021)”. (…)

Magill a spus că de 40 de ani IFF colectează mii de bacteriofagi și tulpini bacteriene de pe tot globul.

„Am creat o bibliotecă cu o biodiversitate de neegalat, despre care credem că este una dintre cele mai mari colecții – dacă nu cea mai mare colecție – de bacteriofagi din lume. Virusurile afectează mai ales lactococcii și streptococii – forme de bacterii producătoare de acid lactic – și caracterizarea lor prin analize genotipice si genomice, precum si stabilirea spectrele lor de virulență.

„Pentru cineva din domeniul meu, doar existența acestei baze de date este extraordinară. Am caracterizat această biodiversitate, definind relațiile bacteriofag-gazdă și determinând că tulpinile diferă prin spectrul lor de sensibilitate la bacteriofagi. Această colecție oferă, de asemenea, o perspectivă spațială și temporală unică asupra bacteriofagilor acidului lactic datorită deceniilor de prelevare. Noi nu numai că am strâns o mulțime de bacteriofagi, dar faptul că noi i-am colectat de mulți ani și din întreaga lume oferă o altă dimensiune aceastei biblioteci.“

Dar Magill a spus că impactul real al muncii sale vine în modul în care echipa sa este capabilă să valorifice această cunoaștere diversă a bacteriofagilor pentru dezvoltarea culturii de început.

„Cum putem cântări această cursă perpetuă între virulența bacteriofagului și apărarea gazdei bacteriene, ajutând bacteriile să lupte împotriva bacteriofagilor. Și cum am învățat să lucrăm cu clienții noștri în producția de lactate pentru a dezvolta sisteme de cultură starter îmbunătățite, rezistente la bacteriofagi”, a spus Magill.

Un exemplu al modului în care colectarea și observarea dă roade, este în timpul fermentării. IFF a observat că unele bacterii supraviețuiesc infecției cu bacteriofagi, deoarece sunt rezistente la bacteriofagii infectanți. Din caracterizarea acestor supraviețuitori, Magill și echipa sa au identificat mecanisme de apărare unice pentru a proteja tulpinile împotriva bacteriofagilor.

„Un astfel de mecanism este cel al sistemului CRISPR-Cas, un sistem natural prezent în bacterii care le conferă o formă de imunitate adaptativă împotriva acizilor nucleici invadatori”, a explicat Magill.

„Dacă un bacteriofag infectează o celulă care conține un sistem CRISPR activ, celula poate dobândi o porțiune din materialul genomic invadator și poate încorpora acest lucru într-o matrice, care este utilizată pentru a viza cu precizie secvențe similare și a le degrada. Astfel, celula capătă imunitate față de alți bacteriofagi care conțin această secvență. Prin descoperirea și caracterizarea sistemelor CRISPR-Cas, am învățat cum să impulsionăm acest fenomen natural spre vaccinarea tulpinilor noastre, ca răspuns la un peisaj bacteriofag în continuă schimbare.“

Magill a continuat, „Pe lângă îmbunătățirea robusteții bacteriofagice a tulpinilor specifice, modul în care formulăm și folosim culturile inițiale ne permite să impunem o altă barieră împotriva impactului bacteriofagului. Bacteriofagii și gazdele lor au o relație complicată, astfel încât tulpinile bacteriene specifice sunt susceptibile doar la anumiți bacteriofagi. Ne referim la acest lucru ca la spectrul lor de sensibilitate. Caracterizând acest lucru, putem formula culturi inițiale care conțin tulpini care au spectre de sensibilitate care nu se suprapun. Prin urmare, dacă o tulpină este afectată, celelalte vor rămâne neatinse. Prin extensie, același principiu poate fi aplicat pentru a diferenția culturile inițiale, permițând ca utilizarea acestora să fie rotită astfel încât să prevină acumularea de bacteriofagi pe o cultură. Pentru a face toate acestea în mod eficient este necesar accesul la colectarea unui bacteriofag divers posibil.“

El a spus că înțelegând mecanismele de rezistență specifice și colectând bacteriofagi, compania este capabilă să crească proactiv rezistența la bacteriofagi a tulpinilor sale.

„Aplicăm cunoștințele despre relațiile bacteriofag-gazdă pentru a proiecta o serie de culturi inițiale cu robustețe crescută la bacteriofagi și pentru a defini utilizarea lor în rotație pentru a preveni înmulțirea bacteriofagilor. În cazul în care apar bacteriofagi, cercetarea noastră ne-a arătat cum putem crește robustețea bacteriofagilor și reziliența”.

În plus față de furnizarea tulpinilor starter, Magill a spus că IFF continuă să sprijine clienții prin analizarea eșantioanelor pentru a anticipa potențialele probleme care ar putea apărea și pentru a-i ajuta pe aceștia să le rezolve.

„Desigur, eradicarea totală a bacteriofagilor este o fantezie utopică. Clienții ar trebui să dezinfecteze în mod obișnuit și, uneori, să înlocuiască echipamentele din instalațiile lor de producție – în special atunci când văd focare frecvente. Dar lupta împotriva bacteriofagilor ar trebui să fie un efort de colaborare. Studiem rezistența la bacteriofagi de peste patru decenii și sperăm că toți producătorii de lactate vor beneficia de cunoștințele care au deschis ușa soluțiilor unice pentru această provocare de mai multe decenii ”, a concluzionat Magill.