Natuurlijk antibioticum ontdoet bacteriën van hun afweer
Nieuw onderzoek wijst uit dat een van insecten afgeleid antibioticum het beschermende membraan van enkele van de meest voorkomende medicijnresistente bacteriën kan vernietigen. Dit zou de weg kunnen effenen voor een nieuwe klasse antibiotica die kunnen helpen bij het aanpakken van de huidige crisis tegen geneesmiddelenresistentie.
In de Verenigde Staten veroorzaakt antibioticaresistentie jaarlijks meer dan 2 miljoen ziekten en 23.000 sterfgevallen.
De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) ondervroeg een half miljoen mensen en ontdekte dat de vijf meest voorkomende medicijnresistente bacteriën zijn:
- Escherichia coli
- Klebsiella pneumoniae
- Staphylococcus aureus
- Streptococcus pneumoniae
- Salmonella
Met uitzondering van S. pneumoniae en S. aureuszijn alle bovenstaande gramnegatieve bacteriën. De naam komt van Hans Christian Gram, een arts die de Gram-test heeft ontwikkeld. Dit is een chemische vlektest die bacteriën verdeelt in grampositief en gramnegatief.
Het vinden van nieuwe manieren om gramnegatieve bacteriën te vernietigen is een grote uitdaging, met enkele belangrijke implicaties voor de groeiende volksgezondheidscrisis, namelijk antimicrobiële resistentie.
Nieuw onderzoek heeft mogelijk een manier gevonden om de afweer van deze bacteriën te penetreren. Wetenschappers van de Universiteit van Zürich (UZH) in Zwitserland ontdekten dat thanatine, een natuurlijk voorkomend antibioticum dat wordt geproduceerd door een insect dat de stekelige soldaatbug wordt genoemd, de uitwendige membranen van gramnegatieve bacteriën kan aantasten.
John A.Robinson, van de afdeling Scheikunde van UZH, is de corresponderende en laatste auteur van het nieuwe artikel, dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd Science Advances.
De zelfverdedigingsmechanismen van bacteriën stoppen
Robinson legt de motivatie voor de recente studie uit door te zeggen: "Ondanks enorme inspanningen van academische onderzoekers en farmaceutische bedrijven, is het erg moeilijk gebleken om effectieve nieuwe bacteriële doelwitten te identificeren voor het ontdekken van antibiotica."
"Een van de grootste uitdagingen is het identificeren van nieuwe mechanismen van antibiotische werking tegen gevaarlijke gramnegatieve bacteriën."
Zoals Robinson en collega's in hun paper uitleggen, beschermt een asymmetrisch buitenmembraan gramnegatieve bacteriën. Deze dubbele laag bestaat uit lipopolysaccharide (LPS) -moleculen aan de buitenkant en membraanglycerofosfolipiden in de binnenste laag.
De onderzoekers gebruikten een model van E coli en in vitro bindingsstudies om te testen of het antibioticum thanatine zich kan binden aan bepaalde eiwitten die "Lpt-eiwitten" worden genoemd en die een brug vormen van het binnenmembraan naar het buitenmembraan van de dubbele laag die Gram-negatieve bacteriën beschermt.
Deze brug wordt vervolgens gebruikt om LPS-moleculen naar de buitenkant van het membraan te transporteren, waardoor een verdedigingsbarrière ontstaat.
Laboratoriumanalyses hebben aangetoond dat thanatine de interacties blokkeert tussen eiwitten die nodig zijn om de brug te vormen. Dit betekent dat LPS-moleculen hun bestemming niet kunnen bereiken, waardoor het hele beschermende asymmetrische buitenmembraan zich niet kan vormen. Zonder zijn afweer bezwijkt de bacterie aan het antibioticum.
"Deze resultaten", zeggen de auteurs, "benadrukken een nieuw paradigma voor een antibioticumwerking, gericht op een dynamisch netwerk van eiwit-eiwitinteracties die nodig zijn voor de assemblage van het Lpt-complex in E coli.”
"De resultaten identificeren ook een natuurlijk voorkomend peptide als een startpunt voor de ontwikkeling van potentiële klinische kandidaten die zich richten op gevaarlijke gramnegatieve bacteriële pathogenen", voegen ze eraan toe.
Robinson geeft commentaar op de resultaten en zegt: "Deze bevinding toont ons een manier om stoffen te ontwikkelen die eiwit-eiwitinteracties in bacteriële cellen specifiek remmen."
"Dit is een ongekend werkingsmechanisme voor een antibioticum en suggereert onmiddellijk manieren om nieuwe moleculen te ontwikkelen, zoals antibiotica die zich richten op gevaarlijke ziekteverwekkers."
John A. Robinson
