Waarom antibiotica falen in de strijd tegen bacteriën
Bacteriën die immuun zijn voor de werking van antibiotica, zijn een primaire zorg geworden voor medische onderzoeksgemeenschappen over de hele wereld. Een nieuwe studie onderzoekt wat deze "superbacteriën" veerkrachtig maakt in het licht van enkele van de krachtigste medicijnen.
Pas onlangs op Medisch nieuws vandaagpresenteerden we een studie die de steeds groter wordende crisis van superbacteriën die zich in een onverwacht snel tempo over de hele wereld verspreidt, onder de aandacht bracht.
De auteurs van die studie geven de grimmige waarschuwing dat als bacteriën zich zo effectief en met zo'n snelheid blijven "bepantseren", antibiotica binnenkort totaal ondoeltreffend kunnen worden tegen hen.
Daarom is het van het grootste belang om te begrijpen hoe deze micro-organismen precies de medicijnen kunnen afweren die voorheen tegen hen konden werken. Deze kennis zal de eerste stap zijn om sterkere behandelingen te bedenken om hardnekkige bacteriële infecties te bestrijden.
In een nieuwe studie heeft een team van natuurkundigen van de McMaster University in Hamilton, Canada, nu vastgesteld waardoor bacteriën antibiotica kunnen afstoten zodra ze resistent worden.
Hoewel het mechanisme eenvoudig is, is dit de eerste keer dat onderzoekers het hebben onderzocht en kunnen lokaliseren, dankzij zeer gevoelige technologie.
Hoofdonderzoeksauteur prof. Maikel Rheinstädter en collega's rapporteren hun bevindingen in een onderzoeksartikel dat in het tijdschrift wordt gepubliceerd Nature Communications Biology heeft vandaag gepubliceerd. De onderzoekers geloven dat hun ontdekking wetenschappers zou kunnen helpen om effectievere medicijnen te ontwerpen om infecties te behandelen.
"Er zijn heel veel bacteriën en zo veel antibiotica, maar door een basismodel voor te stellen dat op veel van hen van toepassing is, kunnen we een veel beter begrip krijgen van hoe we resistentie beter kunnen aanpakken en voorspellen", merkt prof. Rheinstädter op.
Een behoefte om micromechanismen te begrijpen
Om te begrijpen hoe hardnekkige bacteriën in staat zijn om krachtige antibiotica op afstand te houden, bestudeerden de onderzoekers in detail het mechanisme waardoor een van deze medicijnen het bacteriële membraan binnendringt en zijn werk doet.
Voor deze studie wendden de onderzoekers zich tot polymyxine B, een antibioticum dat artsen gebruiken bij de behandeling van meningitis en infecties van de urinewegen, ogen en bloed.
De onderzoekers leggen uit dat ze voor dit specifieke medicijn kozen omdat het vroeger het enige antibioticum was dat zou werken tegen bacteriën die anders resistent waren tegen medicijnen. Een paar jaar geleden ontdekte een team van specialisten uit China echter dat één bacterieel gen deze micro-organismen immuun kon maken voor polymyxinen.
"We wilden weten hoe deze bacterie dit medicijn in dit specifieke geval stopte", zegt eerste auteur Adree Khondker, en voegt eraan toe: "Als we dat kunnen begrijpen, kunnen we betere antibiotica ontwerpen."
De onderzoekers gebruikten gespecialiseerde, gevoelige tools die het mogelijk maakten om het bacteriële membraan te analyseren. Deze tools produceerden beelden met een extreem hoge resolutie die zelfs individuele moleculen vastlegden met afmetingen van ongeveer een miljoenste van de breedte van een enkele haarlok.
"Als je de bacteriële cel neemt en dit medicijn toevoegt, zullen er gaten in de muur ontstaan die als een perforator werken en de cel doden", merkt Khondker op. "Maar er was veel discussie over hoe deze gaten in de eerste plaats werden gevormd."
Wat gebeurt er met resistente bacteriën?
Het mechanisme waarmee het antibioticum het bacteriële membraan binnendringt, werkt als volgt: de bacterie, die een negatieve lading heeft, 'trekt' automatisch het medicijn 'naar binnen', dat een positieve lading heeft.
Wanneer dit echter gebeurt, fungeert het bacteriële membraan als een barrière tegen het antibioticum, om te voorkomen dat het de binnenkant van de bacterie bereikt. Onder normale omstandigheden is dit niet effectief omdat het membraan dun genoeg is om het antibioticum er gaten in te laten "slaan".
In het geval van een medicijnresistente bacterie onthulde de ultramoderne technologie van de onderzoekers echter dat het membraan stijver wordt en veel moeilijker door te dringen. Bovendien wordt de negatieve lading van de bacterie zwakker, wat betekent dat het voor het antibioticum moeilijker is om het te lokaliseren en eraan te 'plakken'.
Zoals Khondker het omschrijft: "Voor het medicijn is het alsof je van het snijden van Jello naar het snijden door steen gaat."
Het is voor het eerst dat een onderzoeksteam deze veranderingen met zekerheid kan vaststellen, benadrukken de onderzoekers.
“Er is veel gespeculeerd over dit mechanisme. Maar voor het eerst kunnen we bewijzen dat het membraan stijver is en dat het proces wordt vertraagd. "
Prof. Maikel Rheinstädter
