Hoe bacteriën 'fungeren als één' om aan antibiotica te ontsnappen
Nieuw onderzoek zoomt in op Pseudomonas aeruginosa om een strategie te ontdekken die resistente bacteriën gebruiken om antibiotica te vermijden. De bevindingen kunnen helpen om antibiotica effectiever te maken.
Jean-Louis Bru, van de afdeling moleculaire biologie en biochemie aan de University of California, Irvine, is de eerste auteur van de nieuwe studie, die verschijnt in de Journal of Bacteriology.
Bru en collega's richtten hun onderzoeksinspanningen op Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), een soort bacterie die voornamelijk mensen met cystische fibrose aanvalt.
Taaislijmziekte is een erfelijke aandoening van de luchtwegen waarbij de longen meer slijm produceren dan zou moeten. Het treft ongeveer 30.000 mensen in de Verenigde Staten.
P. aeruginosa is ook aanwezig in zorginstellingen en de bacterie kan zich verspreiden via vervuild water, aarde, handen, apparatuur en andere oppervlakken. De bacterie kan leiden tot postoperatieve infecties in het bloed of andere delen van het lichaam, en kan ook longontsteking veroorzaken.
P. aeruginosa is een van de gevaarlijkste soorten bacteriën.
In de context van de volksgezondheidscrisis is dat antibioticaresistentie, plaatste de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) P. aeruginosa op de lijst van "prioritaire ziekteverwekkers" - dat zijn de 12 bacteriën die het gevaarlijkst zijn voor de menselijke gezondheid omdat ze resistent zijn geworden tegen de medicijnen die artsen gewoonlijk gebruikten om ze te bestrijden.
De WHO verdeelde deze 12 bacteriën in lijsten met "kritieke", "hoge" en "gemiddelde" prioriteit P. aeruginosa even kritiek vanwege de resistentie tegen de groep antibiotica die carbapenems worden genoemd.
Nog maar 2 weken geleden oordeelden de Centers for Disease Control and Prevention (CDC) ook P. aeruginosa een "ernstige bedreiging", waardoor het op hun lijst van ziekteverwekkers met hoge prioriteit wordt geplaatst.
In dit bredere beeld is onderzoek zoals het onderzoek dat Bru en collega's hebben uitgevoerd cruciaal voor zowel het begrijpen van de afweermechanismen van bacteriën als het effectiever aanpakken van infecties.
Bacteriën fungeren als ‘één verenigd organisme’
In de nieuwe studie onderzochten de onderzoekers de groei en verspreiding van bacteriën in petrischalen, waardoor een omgeving werd gecreëerd die vergelijkbaar is met die van de slijmvliezen die het mogelijk maken P. aeruginosa om te gedijen bij cystische fibrose.
Hier testte het team het effect van antibiotica en bacteriofagen op 'zwermen', het vermogen van bacteriën om zich collectief te verplaatsen. Bacteriofagen zijn virussen die bacteriën van binnenuit infecteren en aanvallen.
Mengen van het antibioticum gentamicine met P. aeruginosa zwermen onthulden dat de bacteriën signalen naar hun soortgenoten sturen, hen waarschuwen voor het gevaar en hen in staat stellen het te vermijden.
De Pseudomonas bacteriën doen dit door de Pseudomonas chinolone signalering (PQS) molecuul, schrijven de auteurs. Ze leggen uit: "Deze mechanismen hebben als algemeen effect dat ze de infectie beperken tot een subpopulatie, wat het voortbestaan van de totale populatie bevordert."
Studie co-auteur Nina Molin Høyland-Kroghsbo, een assistent-professor aan de afdeling diergeneeskunde en dierwetenschappen aan de Universiteit van Kopenhagen in Denemarken, geeft commentaar op de experimenten en hun bevindingen.
“We kunnen in het laboratorium zien dat de bacteriën gewoon rondzwemmen in het‘ gevaarlijke gebied ’met antibiotica of bacteriofagen. Als ze het waarschuwingssignaal van hun soortgenoten krijgen, kun je in de microscoop zien dat ze in een nette cirkel rondlopen ”, zegt de onderzoeker, verwijzend naar de zwermbeweging.
"Het is een slim overlevingsmechanisme voor de bacteriën", vervolgt ze. "Als blijkt dat de bacteriën dezelfde uitwijkmanoeuvre gebruiken bij het infecteren van mensen, kan dit helpen verklaren waarom sommige bacteriële infecties niet effectief kunnen worden behandeld met antibiotica."
“Het is voor ons heel fascinerend om te zien hoe de bacteriën communiceren en hun gedrag veranderen om de hele bacteriepopulatie te laten overleven. Je kunt bijna zeggen dat ze optreden als één verenigd organisme. "
Nina Molin Høyland-Kroghsbo
De weg effenen voor effectievere antibiotica
In een gekoppeld redactioneel commentaar geeft Julia C. van Kessel commentaar op de betekenis van de bevindingen door dat te zeggen P. aeruginosaHet vermogen om groepsgedrag te beïnvloeden, zoals zwermen als reactie op stress, is een 'unieke' bevinding. Dit bracht de auteurs van het onderzoek ertoe de term "collectieve stressreactie" te gebruiken, schrijft van Kessel.
De auteurs van het onderzoek geven ook commentaar op manieren waarop hun bevindingen uiteindelijk kunnen helpen bij het aanpakken van de antibioticaresistentiecrisis.
Hoewel er nog veel werk aan de winkel is voordat de bevindingen leiden tot de ontwikkeling van nuttige behandelingen, zal de volgende onderzoeksstap zijn om manieren te vinden om de PQS-signalering van de bacterie te verstoren.
De bevindingen "[maken] de weg vrij voor het gebruik van drugs in een poging om te voorkomen dat het waarschuwingssignaal überhaupt wordt uitgezonden", zegt Nina Molin Høyland-Kroghsbo.
"Als alternatief zou je stoffen kunnen ontwerpen die het signaal kunnen blokkeren voor ontvangst door de andere bacteriën, en dit zou mogelijk de behandeling met antibiotica of bacteriofaagvirussen effectiever kunnen maken", voegt de onderzoeker toe.
“Infecties met dit type bacteriën zijn wereldwijd een groot probleem, met veel ziekenhuisopnames en sterfgevallen. Daarom zijn we erg blij dat we nieuwe kennis kunnen inbrengen die mogelijk kan worden gebruikt om deze bacteriën te bestrijden. ”
Nina Molin Høyland-Kroghsbo
