PEP-gruppens aktiviteter innen melkesyrebakterier:

Grunnleggende og anvendte studier av protein sekresjon og overflate proteiner i (probiotiske) melkesyrebakterier

Hovedmål

Økt kunnskap om protein lokalisering og protein sekresjon i melkesyrebakterier og bruk av denne kunnskapen til (1) å fortså mer om samspillet mellom bakterien og humane celler og (2) utvikling av in situ cellefabrikker, f eks vaksiner.

Forklarende tekst og status

Protein produksjon, sekresjon og eventuelt forankring er av stor betydning for samspillet mellom melkesyrebakterier og omgivelsene. Dette samspillet er primært avhengig av proteiner som befinner seg i bakterienes membran eller cellevegg eller som blir sekretert til bakteriens vekstmedium. Disse proteiner må på en eller annen måte bli eksportert/translokert over cellemembranen. Noen proteiner har såkalte ankersekvenser som gjør at de blir lokalisert i membranen eller celleveggen. Andre ender opp som fire proteiner i bakteriens omgivelse etter å ha blit transportert over membranen. Disse prosesseene og mekanismene er også av stor betydning for utnyttelse av melkesyrebakterier som cellfabrikker. En slik anvendelse av melkesyrebakterier har et stort potensiale fordi noen melksyrebakterier har lang oppholdstid i tarmen og kan dermed fungere som in situ produsenter av medisinske interessante proteiner som for eksempel vaksiner. Generelt oppfattes flere typer melkesyrebakterier som interessante fordi de er ”probiotiske”, altså de ansees for å ha et positivt effekt på human helse. Disse bakterier er derfor et utmerket utgangspunkt for slike biomedisinkse in situ cellefabrikker. Drømmen er å kurere kreft eller immunisere mot malaria ved å spise spesialtilpassede melkesyrebakterier. Noen har kommet ganske langt med dette. Se for eksempel her, her og her. I samarbeid med Lars Axelsson og medarbeidere ved Matforsk har PEP-gruppen i de senere år jobbet med disse temaene i en viktig gruppe (probiotiske) melkesyrebakterier, nemlig laktobasiller. Vi har jobbet med følgende (publikasjoner):

1. Vi har utviklet vektorer for effektiv og regulerbart overuttrykk av proteiner i laktobasiller.

2. Vi har utført fundamentelle ”genome-wide” studier av hvordan såkalte lederpeptider styrer sekresjon av proteiner i laktobasiller.

3. Vi er i gang med å kartlegge sammenheng mellom mengde mRNA – mengde produsert protein – mengde sekretert protein; vi er altså i gang med å kartlegge grunnleggende faktorer som innvirker på hvor godt laktobasiller fungerer som cellefabrikker. Nøkkelforskeren i PEP gruppen er Geir Mathiesen, som disputerte i 2005 og som nå jobber som post-doc forsker i gruppen.

Nylig har vi utvidet våre aktiviteter i melkesyrebakteriefeltet

4. Vi er i gang med utvikling av proteomikk-basert teknologi for raske analyser av ”sekretomet”, altså proteiner som befinner seg på melkesyrebakterienes overflate. Vi ser så hvordan dette ”overflate-proteomet” endrer seg under forskejllige betingelser, f eks under interaksjoner med humane celler. Her jobber vi i første omgang med enterococcer, i samarbeid med gruppen til Prof. Ingolf F. Nes. Nes gruppen jobber mye med transkriptomet av enterococcer, noer som betyr at vi har både transriptome og proteome data. Stipendiaten på prosjektet heter Liv Anette Bøhle (begynte i 2006). Senere i prosjektet kan det bli aktuelt med samarbeid med gruppen til Tor Lea, for å se nærmere på samspillet mellom bakterier og humane celler.

5. I samarbeid med Radiumhospitalet jobber vi med overuttrykk av humane kreftantigener (= proteiner med en mulig potensial som preventiv og/eller kuratuv kreftvaksine) i laktobasiller. Preliminære forsøk med mus har vist lovende resultater (= immunrespons) og større forsøk er satt i gang. Dette arbeidet er del av en større satsing hvor vi prøver å få melkesyrebakterier til å produsere medisinsk interessante proteiner. En ny stipendiat, Lasse Fredriksen, vil starte på dette sommeren 2007. Han vil ikke kun jobbe med kreftvaksiner, men han vil også se på de fundamentelle mekanismene bak effektiv produksjon/sekresjon av medisinsk interessante proteiner. Blant annet skal han se på:

  • Kartlegging av faktorer som begrenser produksjon og sekresjon av interessante proteiner i laktobasiller.
  • Utvikling av laktobasiller som er bedre cellefabrikker for slike proteiner, f eks gjennom over-uttrykk av bestemte typer ”chaperoner”.
  • Utvikling av melkesyrebakterie-baserte cellefabrikker til testing i medisinske settinger, med fokus på kreftantigener (i samarbeid med Radiumhospitalet).

Når det gjelder vårt arbeid på bruk av melksyrebakterier som cellfabrikker vil vi i framtiden fokussere på laktobasiller. Arbeidet på overflate proteomer og samspillet mellom melkesyrebakterier og humane celler skal studeres i både enterokokker og laktobasiller. I 2008 vil vi starte opp et nytt prosjekt (FUGE) som heter: “Secretomes of lactobacilli and enterococci and their impact on bacterial adaptation and human health”. I dette prosjektet kommer mange av de ovennevnte aktivitetene sammen, med fokus på to typer bakterier: laktobasiller og enterokokker. Mer informasjon om dette nye prosjektet finnes her, på engelsk. Aktiviteten i dette nye prosjektet er en (liten) del av den aktiviteten som var planlagd for vår Senter for Fremragende Forskning som vi akkurat ikke fikk i 2006 (etter å ha kommet til finalen). Deler av prosjektet vil bli utført med våre ”faste” melkesyrebakterie partnere som er de virkelige ekspertene når det gjelder mikrobiologien, Professorene Nes og Håvarstein ved vårt institutt og Dr. Lars Axelsson ved Matforsk. Vi håper også at dette nye prosjekt vil føre til mer intensiv samarbeid med våre venner i Cork og Wageningen. Her er vår viktigste kontaktpersoner Dr. Douwe van Sinderen (Cork) og Prof. Michiel Kleerbezem (Wageningen).