Bacteriën die op insecten leven, kunnen voor nieuwe antibiotica zorgen
Veel antibiotica die tegenwoordig worden gebruikt, zijn afkomstig van bacteriën die in de bodem leven. Nu laat recent onderzoek zien dat bacteriën die van insecten leven, effectiever kunnen zijn in het bestrijden van veel voorkomende medicijnresistente superbacteriën dan bacteriën uit de bodem.
Wetenschappers van de University of Wisconsin-Madison hebben het grootste en meest grondige onderzoek ooit gedaan naar de antibiotische activiteit van microben die op insecten leven.
Een hoogtepunt van de nieuwe studie is de ontdekking van een nieuw antibioticum in de Cyphomyrmex mier, een Braziliaanse soort die schimmels kweekt. De onderzoekers noemden de verbinding cyphomycin.
Laboratoriumtests hebben aangetoond dat cyfomycine schimmels kan bestrijden die de meeste andere antibiotica hebben verslagen. De verbinding behandelde ook een schimmelinfectie bij muizen zonder aanleiding te geven tot toxische bijwerkingen.
In een recent Nature Communications paper over deze bevindingen, legt het team uit dat een gebrek aan nieuwe antibiotica bijdraagt aan de groeiende wereldwijde dreiging van antibioticaresistente infecties.
"Door onze systematische beoordeling", merken de auteurs op, "laten we zien dat microbiomen van insecten een veelbelovende bron van nieuwe natuurlijke producten vormen."
De toenemende dreiging van antibioticaresistentie
Antibioticaresistentie ontstaat wanneer infectieuze bacteriën, schimmels en andere ziekteverwekkers niet langer bezwijken voor medicijnen die ze vroeger doodden. In plaats daarvan blijven ze groeien.
Infecties als gevolg van antibioticaresistente pathogenen vereisen meestal een langere ziekenhuisopname en een groter aantal vervolgbezoeken van artsen. Bovendien hebben behandelingen doorgaans hogere kosten en meer toxische bijwerkingen.
In 2018 heeft de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) surveillancegegevens vrijgegeven die de ernst van de wereldwijde dreiging van antibioticaresistentie bevestigden.
Uit de gegevens blijkt dat over de hele wereld enkele van de meest voorkomende infecties resistent worden tegen geneesmiddelen.
In de Verenigde Staten schatten de Centers for Disease Control and Prevention (CDC) dat antibioticaresistente bacteriën minstens 2 miljoen mensen infecteren en elk jaar 23.000 doden veroorzaken.
Een belangrijk punt van zorg met betrekking tot de wereldwijde antibioticaresistentiecrisis is dat de soorten en het aantal nieuwe geneesmiddelen in de pijplijn niet voldoende zullen zijn om de dreiging het hoofd te bieden.
De WHO herhaalde hun waarschuwing hierover in een rapport uit 2017. Het wereldwijde agentschap verklaarde dat de meeste van de 51 antibiotica die in klinische ontwikkeling werden gebruikt "wijzigingen van bestaande antibioticaklassen" waren en alleen kortetermijnoplossingen zouden bieden.
Net zoveel bacteriën bij insecten als in aarde
De meeste soorten antibiotica die tegenwoordig worden gebruikt, zijn afkomstig van Streptomyces bacteriën, een groot geslacht dat zo'n 400 miljoen jaar geleden begon te evolueren.
In die periode Streptomyces soorten zijn geëvolueerd en aangepast aan verschillende habitats, zoals bodem en insecten. De chemie in de verbindingen die de bacteriën produceren, weerspiegelt hun uiteenlopende afstammingslijnen.
Genetische studies hebben aangetoond dat slechts één stam van Streptomyces zou mogelijk tientallen verbindingen kunnen produceren die vergelijkbaar zijn met de verbindingen die al als antibiotica worden gebruikt. Bovendien bevatten de bacteriën enorme aantallen "relevante biosynthetische genensets".
Om deze redenen studeren wetenschappers intensief Streptomyces bacteriën met de verwachting dat ze nieuwe medicijnen zullen ontdekken om antibioticaresistentie tegen te gaan.
De auteurs van de nieuwe studie wijzen er echter op dat er gezocht wordt naar nieuwe antibiotica in de bodem Streptomyces "Grotendeels herontdekken bekende verbindingen." Ze merken ook op dat geen enkele studie systematisch microbiomen heeft doorzocht. Dus kozen ze ervoor om zich op te concentreren Streptomyces bij insecten.
Ze verzamelden meer dan 2500 soorten insecten, variërend van mieren, bijen en vliegen tot kevers, motten, vlinders en meer. Ongeveer een derde kwam uit streken met een gematigd klimaat, nog een derde kwam uit de tropen en de rest kwam uit koudere streken, zoals de Noordpool.
De onderzoekers merken op dat, in tegenstelling tot de "heersende aanname" dat Streptomyces soorten komen het meest voor in de bodem, hun bevindingen suggereren dat de bacteriën net zo talrijk zijn bij insecten.
Bacteriën van insecten zijn krachtiger
De insecten leverden meer dan 10.000 bacteriestammen op om te testen. De onderzoekers onderzochten ook 7.000 soorten die afkomstig waren van aarde en planten.
Een zeer krachtige, intensieve reeks tests volgde, met in totaal meer dan 50.000 tests.
Het team heeft getest hoe goed elke stam is Streptomyces was in staat om de groei van 24 verschillende soorten kiemen te stoppen, waaronder enkele die ernstige schade kunnen veroorzaken, zoals de methicilline-resistente superbacterie Staphylococcus aureus (MRSA).
De resultaten lieten dat zien Streptomyces stammen die afkomstig waren van insecten waren in staat om infectieuze bacteriën en schimmels krachtiger te bestrijden dan stammen die afkomstig waren van aarde of planten.
Het team testte ook enkele van de meer veelbelovende soorten bij muizen. Deze stammen waren zeer effectief in het doden van bacteriële en schimmelinfecties, en slechts enkele hadden toxische bijwerkingen.
In een ander deel van de studie concentreerden de onderzoekers zich op cyphomycine, een antischimmelmiddel dat ze hadden aangetroffen Streptomyces bacteriën op de Braziliaanse Cyphomyrmex schimmel groeiende mier.
Na analyse van de chemische structuur van cyphomycine, zuiverden ze het en toonden aan dat het kon behandelen Candida albicans in muizen. C. albicans is een schimmel die vaak mensen met een verzwakt immuunsysteem infecteert. De verbinding bleek ook weinig giftige bijwerkingen te hebben bij de muizen.
Laat insecten ‘de prospectie doen’
Het team was niet verrast om te ontdekken dat insecten een rijke bron van nieuwe antibiotica kunnen zijn. Het overleven van insecten hangt af van de co-ontwikkeling met microben die helpen bij het bestrijden van ziekteverwekkers die ook in ontwikkeling zijn.
De onderzoekers wijzen er ook op dat, omdat de bacteriën samen met insecten zijn geëvolueerd, ze twee voordelen kunnen bieden. Ten eerste zijn ze minder waarschijnlijk giftig en ten tweede kunnen ze effectief zijn tegen medicijnresistente pathogenen.
"De insecten zoeken voor ons", zegt Cameron R. Currie, hoogleraar bacteriologie en senior auteur van het onderzoek.
Hij en zijn collega's concluderen:
'De belofte van insectengerelateerd Streptomyces als nieuwe bron van antimicrobiële stoffen het potentieel heeft om de gestagneerde ontdekkingspijplijnen voor antibacteriële en antischimmelmiddelen nieuw leven in te blazen. "
