Forskare från Quadram Institute har identifierat gener som kodar för en tidigare oupptäckt version av botulinumneurotoxinet i bakterier från en kos tarm.

Detta är första gången som ett intakt kluster av gener för att göra botulinumneurotoxin har hittats utanför bakterien Clostridium botulinum eller dess nära släktingar, och bara den andra rapporten om ett nytt botulinumtoxin under de senaste 40 åren.

Clostridium botulinum är en farlig patogen som bildar det mycket potenta botulinumtoxinet, som vid intag orsakar botulism, en dödlig neuroparalytisk sjukdom. Men botulinumneurotoxin används nu också i en rad medicinska procedurer, såväl som för kosmetiska ändamål. Upptäckten av denna nya typ av botulinumneurotoxin, från en oväntad källa, har potential att bredda utbudet av medicinska användningsområden ytterligare.

Generna som kodar för botulinumtoxinproteinet tillsammans med accessoriska proteiner som skyddar botulinumtoxinet och säkerställer att det fungerar, är organiserade som ett genkluster. I ny forskning, publiceras i tidskriften FEBS bokstäver , forskare vid Quadram Institute genomförde en sökning i National Center for Biotechnology Informations databas över hela genomsekvensen. Använda bioinformatiktekniker, Dr Jason Brunt och Dr Andrew Carter, arbetar med professor Mike Peck och Dr. Sandra Stringer, screenade denna databas för andra poster som liknade de förutspådda proteiner som botulinumtoxingenen skulle producera. Studien finansierades av Biotechnology and Biological Sciences Research Council.

Denna sökning identifierade ett tidigare oupptäckt genkluster som kodar för ett nytt botulinumneurotoxin och accessoriska proteiner i genomet av en art av Enterococcus-bakterier isolerade från koavföring.

Enterococcus-bakterier lever vanligtvis i mag-tarmkanalen hos djur och människor. Vissa är kommensaler, utgör en del av det normala mikrobiomet som befolkar tarmen. Andra är kända för att orsaka sjukdomar. Denna speciella stam isolerades från koavföring i USA, men det är inte känt om kon visade tecken på botulism. Analys tyder på att genklustret sannolikt kommer att uttryckas aktivt och producera toxinet, så forskargruppen är intresserade av att utföra ytterligare forskning för att förstå vilka effekter som bär på denna bakterie har på djuren.

Förutom att förstå implikationerna av att hitta denna nya variant av botulismgenklustret i en icke-klostridiell art av tarmbakterier, teamet är intresserade av att utforska hur det kan hjälpa till att utveckla nya behandlingar för sjukdomar. Forskarna har hittat indikationer från 3D-strukturmodellering på att denna nya version av toxinet kan ha en ny inriktningsmekanism, vilket skulle kunna göra det möjligt för den att behandla ett bredare spektrum av tillstånd.

"En gång uttryckt som ett protein, detta nya neurotoxin kan ha nya egenskaper, såsom immunmodulerande egenskaper som gör den användbar för ett mycket brett spektrum av medicinska problem. Det kan också ha egenskaper som gör det till en idealisk kandidat för användning som ett alternativ till befintliga botulinumneurotoxiner som Botox", säger Dr Jason Brunt.

"Det är en spännande fråga om hur denna Enterococcus-stam förvärvade ett botulinumneurotoxin-genkluster, vilken nytta det ger denna bakterie, och ytterligare arbete krävs för att undersöka implikationerna av vårt viktiga fynd med avseende på möjligheten av dess överföring mellan bakterier. Ytterligare arbete krävs också för att karakterisera detta nya toxin, men initiala tecken tyder på att detta kan vara en mycket betydelsefull upptäckt. Vi kommer nu att bestämma styrkan av detta nya botulinumtoxin och hur det kan användas som ett terapeutiskt medel, " sa Dr Andrew Carter.