Der von stachellosen Bienen der Art Melipona beecheii produzierte Honig nimmt in Maya-Gemeinschaften aufgrund seiner heilkundlichen Eigenschaften einen wichtigen Platz ein. Traditionell wird er zur Unterstützung des Immunsystems sowie zur Förderung der Heilung infizierter oder chronischer Wunden verwendet. Neuere Untersuchungen zeigen zudem, dass die sogenannte ConA-ungebundene Proteinfraktion dieses Honigs ausgeprägte antimikrobielle Effekte besitzt und die Biofilmbildung des Bakteriums Pseudomonas aeruginosa hemmt. Diese Fraktion beeinflusst die Zellintegrität ...
In diesem Beitrag betrachten wir eine experimentelle Studie genauer, die mithilfe der RNA-seq-Technologie untersucht, wie die ConA-ungebundene Protein-Komponente des Honigs das Transkriptom von Biofilmen von P. aeruginosa (Stamm ATCC 27853) beeinflusst.
Methodik
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Honigsammlung: Auswahl und Gewinnung frischen Honigs von stachellosen Bienen M. beecheii für experimentelle Zwecke.
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Protein-Isolierung und -Fraktionierung aus dem Honig: Extraktion der Proteine und Abtrennung der ConA-ungebundenen Fraktion, die die aktiven antimikrobiellen Bestandteile enthält.
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Biofilmbildung: Kultivierung eines P. aeruginosa-Biofilms auf Glas-Trägern unter Laborbedingungen.
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RNA-Isolierung: Nach der Exposition des Biofilms gegenüber der Proteinfraktion des Honigs wurde RNA für die anschließende Analyse isoliert.
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Bibliotheksvorbereitung für RNA-seq: Durchführung aller Schritte der Probenaufbereitung, einschließlich Reinigung und Depletion ribosomaler RNA, anschließend Sequenzierung (Illumina, Paired-End 150 bp).
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Bioinformatische Datenanalyse: Einsatz der Software StringTie zum Vergleich und zur Analyse signifikant veränderter Gene zwischen der Kontrollgruppe und den behandelten Proben.
Ergebnisse
Die Analyse der sequenzierten Transkriptome zeigte, dass die Einwirkung der ConA-ungebundenen Proteinfraktion aus dem Honig von M. beecheii das Muster der Genexpression im Biofilm von P. aeruginosa grundlegend veränderte. Im Vergleich zur Kontrollgruppe kam es zu einer deutlichen Regulation (insbesondere zu einer Downregulation) mehrerer Schlüsselgene.
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Herunterreguliert wurden Gene, die mit der Bildung von Exopolysacchariden (EPS) zusammenhängen, welche für die Struktur des Biofilms unerlässlich sind.
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Betroffen waren zudem Gene, die die Regulation des Second Messengers c-di-GMP steuern, was zu einer verringerten Biofilmbildung führt.
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Eine erhöhte Expression einzelner Gene könnte hingegen mit Anpassungsreaktionen oder Abwehrmechanismen der Bakterien gegenüber der Wirkung der Proteinfraktion zusammenhängen.
Die Ergebnisse stützen die Hypothese, dass proteinbasierte Bestandteile des Honigs von M. beecheii die Struktur bakterieller Biofilme stören und ihre Resistenz gegenüber gängigen Antibiotika abschwächen können.
Fazit
Die Studie zeigt, dass die ConA-ungebundene Proteinfraktion des Honigs von Melipona beecheii selektiv die Expression von Genen hemmen kann, die für die Entstehung und Aufrechterhaltung bakterieller Biofilme von Pseudomonas aeruginosa wichtig sind. Die nachgewiesene Fähigkeit dieser Substanzen, die Lebensfähigkeit des Biofilms deutlich zu beeinträchtigen, eröffnet Perspektiven für die Weiterentwicklung natürlicher antibakterieller Präparate. Solche Ansätze könnten Anwendung nicht nur in der Imkerei, sondern auch in der Humanmedizin finden – insbesondere im Kampf gegen Antibiotikaresistenzen.
Quelle
Die Forschungsarbeit wurde von der Universität UNAM unterstützt, die die Kapazitäten für die RNA-seq-Analyse bereitstellte, sowie vom Technologieinstitut in Mérida, an dem der experimentelle Teil durchgeführt wurde. Die Finanzierung erfolgte durch SECIHTI. Allen Teammitgliedern gilt Dank für ihren Beitrag zum erfolgreichen Abschluss des Projekts.
