Streptomyces – bakteriesläkte som producerar antibiotika
Streptomyces är det största släktet av Actinobacteria, grampositiva bakterier. Streptomyces finns ofta i jord och liknar till sin form mycket svampar. De bildar långa tunna trådar som kallas hyfer och som kan differentieras till en kedja av sporer för reproduktion. Nästan alla bioaktiva föreningar som produceras av Streptomyces tillverkas medan hyferna bildas från substratets mycelium.
Biologi och struktur: Streptomyces är filamentösa bakterier med ett förgrenat mycelium som liknar svampars. De är grampositiva och har ett genome med hög G+C‑halt, ofta i form av stora, ibland linjära, kromosomer. I mognadsstadiet bildas aeriala hyfer som utvecklas till kedjor av sporer, vilket ger kolonierna en pudrig eller bomullslik yta på odlingsplattor. Många arter producerar också geosmin, en flyktig förening som ger jorden dess karakteristiska "jorddoft".
Metaboliter och medicinsk betydelse: Streptomyces är särskilt kända för sin förmåga att producera sekundära metaboliter med olika biologiska effekter. Dessa inkluderar antibiotika, antitumorläkemedel, immunosuppressiva medel och antiparasitära föreningar. Produktionen styrs ofta av stora biosyntetiska genkluster (t.ex. polyketidsyntaser, PKS, och icke‑ribosomala peptidsyntaser, NRPS) och aktiveras i samband med differentiering till aerialt mycelium. Exempel på viktiga föreningar och deras källor är:
- Streptomycin — upptäckt från Streptomyces griseus
- Tetracykliner — från bland andra Streptomyces rimosus
- Chloramfenikol — från Streptomyces venezuelae
- Rapamycin (immunosuppressiv) — från Streptomyces hygroscopicus
- Avermectiner (antiparasitära) — från Streptomyces avermitilis
- Även aminoglykosider som neomycin och kanamycin kommer från olika Streptomyces-arter
Ekologi och funktion i naturen: I markmiljö bidrar Streptomyces till nedbrytning av komplexa organiska ämnen som cellulosa och kitin, och spelar därmed en viktig roll i kretsloppet av näringsämnen. Genom sin produktion av antibakteriella och antifungala ämnen påverkar de mikrobiella samhällen i jorden och kan konkurrensreglera andra mikroorganismer.
Industriella tillämpningar och forskning: På grund av sin rika sekundärmetabolism är Streptomyces central inom läkemedelsforskning och bioteknik. De används i storskalig fermentering för produktion av antibiotika och andra bioaktiva ämnen. Modellarten Streptomyces coelicolor studeras ofta för att förstå genreglering, utveckling och biosyntes av metaboliter. Moderna metoder som genetik, syntetisk biologi och genomsekvensering används för att upptäcka och optimera nya läkemedelskandidater.
Säkerhet och utmaningar: De flesta Streptomyces-arter är ofarliga för människor, men några kan orsaka opportunistiska infektioner hos immunsupprimerade individer. Ett stort globalt problem är utvecklingen av antibiotikaresistens; därför är fortsatt upptäckt av nya föreningar och ansvarsfull användning av befintliga läkemedel avgörande.
Praktiska kännetecken vid odling: På agar framträder Streptomyces-kolonier ofta som torra, väldefinierade och ibland pigmenterade ytor. Deras sporbildning ger ett pulveraktigt utseende. Odling kräver vanligen näringsrika medier och relativt lång inkubationstid jämfört med många andra bakterier.
Sammanfattningsvis är Streptomyces ett biologiskt och medicinskt viktigt bakteriesläkte med en unik livscykel och en exceptionell förmåga att producera biologiskt aktiva ämnen som har haft stor betydelse för modern medicin och bioteknik.
Användning inom medicin och vetenskap
Streptomyces är medicinskt viktiga eftersom de producerar svampmedel, antiparasitära läkemedel, antivirala läkemedel, antitumörmedel, antihypertensiva medel, immunosuppressiva medel och antibiotika. Olika arter av streptomyces används för att framställa olika antibiotika. Över 500 arter av Streptomyces-bakterier har beskrivits. Till exempel var den mycket studerade S. griseus den första som användes för produktion av antibiotikumet streptomycin, medan S. avermitilis är en källa till avermictin. En annan välstuderad art, S coelicolor, används ofta i genetiska studier. Sammantaget producerar Streptomyces över två tredjedelar av de kliniskt användbara antibiotika av naturligt ursprung, såsom tetracyklin, neomycin och kloramfenikol.
Objektskivodling av en Streptomyces-art.
Antibiotisk mekanism
Antibiotika är inriktade på proteiner som är viktiga för patogenernas tillväxt och överlevnad och hämmar viktiga funktioner. Streptomycin, som framställs av S. griseus, binder till exempel irreversibelt till bakteriens genetiska material och orsakar fel i produktionen av nya proteiner, vilket leder till celldöd. Det kan användas för att behandla svåra infektioner, såsom tuberkulos och pest. Ett annat exempel är avermectin, som framställs av S. avermitili. Det orsakar förlamning hos ryggradslösa djur (oförmåga att skapa och överföra nervimpulser), vilket används som läkemedel och bekämpningsmedel mot parasitära maskar och insekter. Avermektin förstärker glutamat (neurotransmittor) vid de glutamat-gated kloridkanaler som däggdjur inte har. Det orsakar ett överskott av kloridjoner i cellen (hyperpolarisering), så att aktionspotentialen inte kan induceras ytterligare, vilket i slutändan leder till förlamning.
Antibiotikaresistens
Genetiska förändringar hos bakterier kan leda till antibiotikaresistens. De kan förvärvas genom spontana mutationer (vertikal genöverföring) eller genom att andra bakterier överför sina gener (horisontell genöverföring). Självmedicinering eller felaktig läkemedelsanvändning kan leda till att resistenta bakterier uppstår. Det är svårt att få fram nya antibiotika, därför försöker forskarna förbättra befintliga antibiotika och arbetar också för att upptäcka nya läkemedel.
Frågor och svar
F: Vad är Streptomyces?
S: Streptomyces är det största släktet av Actinobacteria, grampositiva bakterier.
F: Var finns Streptomyces vanligtvis?
S: Streptomyces finns ofta i jord.
F: På vilket sätt liknar Streptomyces svampar?
S: Den bildar långa tunna trådar som kallas hyfer och som kan differentiera sig till en kedja av sporer för reproduktion, på samma sätt som svampar reproducerar sig.
F: Vad består de bioaktiva föreningar som Streptomyces producerar av?
S: Bioaktiva föreningar som produceras av Streptomyces tillverkas medan hyferna bildas från substratet mycelium.
F: Vilken typ av bakterie är Streptomyces?
S: Streptomyces är en grampositiv bakterie.
F: Hur förökar sig Streptomyces? S: Den förökar sig genom att bilda en kedja av sporer från sina hyfer.
F: Finns det någon annan organism som den har likheter med när det gäller form och reproduktion? S: Ja, den har likheter med svampar när det gäller form och reproduktion.
