Wetenschappers hebben mogelijk een nieuw wapen ontdekt in de strijd tegen antibioticaresistente superbacteriën: geneesmiddelen die de bacteriële evolutie op zijn sporen blokkeren.
Antibioticaresistente bacteriën zijn die microben die op de een of andere manier overleven, zelfs onder de aanval van megadrugs die bedoeld zijn om ze te doden. Elk jaar vangen minstens 2,8 miljoen mensen in de Verenigde Staten een van deze supersterke bacteriën of resistente schimmels op, volgens de Centers for Disease Control and Prevention (CDC).
Een van de manieren waarop bacteriën evolueren om "antibioticaresistent" te worden, is door vrij zwevend genetisch materiaal op te nemen uit hun omgeving. Vervolgens nemen ze de weggevangen genen op in hun eigen DNA. Op deze manier kunnen bacteriën genen verzamelen die zijn afgestoten door microben die al resistent zijn en dus zelf resistentie krijgen. Maar bacteriën kunnen geen eigenzinnige stukjes DNA vangen zonder de juiste apparatuur; de "bugs" moeten eerst in een staat terechtkomen die "competentie" wordt genoemd om de machine te bouwen die nodig is om genetisch materiaal uit hun omgeving te scheppen.
Bacteriën worden bekwaam wanneer ze onder druk worden gezet, zoals wanneer ze worden onderworpen aan antibiotische behandelingen. Studies suggereren dat verschillende veel voorkomende klassen van antibiotica de verspreiding van antibioticaresistentie daadwerkelijk stimuleren door bacteriën in een gestreste toestand te brengen. Maar nu een nieuwe studie van de bacteriën Streptococcus pneumoniae heeft gewezen op een mogelijke oplossing voor dit paradoxale probleem: medicijnen die voorkomen dat bacteriën überhaupt competent worden.
Voor de studie, die dinsdag (3 maart) in het tijdschrift Cell Host & Microbe werd gepubliceerd, hebben onderzoekers deze strategie in een muismodel getest en met succes verschillende stammen van S. pneumoniae om bekwaam te worden en genen in de muizen uit te wisselen. De bacteriën, die meestal in de menselijke neus en keel leven, kunnen ernstige infecties veroorzaken als ze migreren naar de bloedbaan, sinussen, oren, longen of weefsels die de hersenen of het ruggenmerg bedekken, volgens de CDC.
Antibiotica zijn de enige beschikbare behandeling voor deze infecties, maar in meer dan 30% van de gevallen is de S. pneumoniae stammen blijken resistent te zijn tegen een of meer antibiotica. Als zogenaamde 'anti-evolutie'-medicijnen bij mensen veilig blijken te zijn, zouden de medicijnen misschien kunnen helpen voorkomen dat meer stammen resistentie opdoen, aldus de onderzoekers.
De verspreiding stoppen
De onderzoekers hebben meer dan 1.300 medicijnen gescreend om vast te stellen welke medicijnen een einde konden maken aan de competentie. De resultaten wezen op 46 van dergelijke geneesmiddelen, waaronder antipsychotica, antimicrobiële middelen en een antimalariamiddel. Hoewel divers, voorkomen de medicijnen allemaal competentie bij lage doses via hetzelfde mechanisme, vonden de onderzoekers.
"Het competentietraject is al tientallen jaren bestudeerd en we kennen alle belangrijke componenten", bestuderen auteurs Jan-Willem Veening, een professor in de afdeling Fundamentele Microbiologie aan de Zwitserse Universiteit van Lausanne, en Arnau Domenech, een postdoctoraal onderzoeker in Veening's lab, vertelde WordsSideKick.com in een e-mail.
Een belangrijk onderdeel, bekend als de proton-drijvende kracht (PMF), stelt de cel in staat energie te produceren, voedingsstoffen te importeren en vracht in en uit het lichaam te vervoeren. Wanneer bacteriën in die competente staat terechtkomen, pompen ze meestal een peptide genaamd CSP uit, dat zich buiten de cel ophoopt en competentie activeert (het vermogen om antibioticaresistente genafval te grijpen) zodra het zich boven een bepaalde drempel heeft opgebouwd.
Maar wanneer ze worden onderworpen aan anti-evolutie medicijnen, S. pneumoniae kan niet langer een normale PMF onderhouden, en de transporteur die CSP-storingen meestal wegpompt. "Aangezien het competentietraject strak gereguleerd is, wordt als CSP niet geëxporteerd wordt, de expressie van de belangrijkste verbindingen geblokkeerd en wordt de competentie geremd", aldus Domenech en Veening.
De auteurs testten het effect van geselecteerde geneesmiddelen - een antimicrobieel, antipsychotisch en antimalariamiddel - op gekweekte S. pneumoniae en ontdekten dat ze allemaal de competentie blokkeerden door die PMF-component te verstoren. Ze vonden dezelfde resultaten in zowel de levende muizen als in menselijke cellen in laboratoriumschalen.
"Het mooie van het huidige werk is dat we verschillende verbindingen hebben gevonden ... die de PMF enigszins kunnen verstoren zonder de normale groei van de cel te beïnvloeden", voegde Domenech en Veening toe.
"Het verstoort de groei van de bacteriën die de selectie voor resistentie aansturen", zegt Andrew Read, een professor in ziekte-ecologie en biologie aan de Pennsylvania State University die niet bij het onderzoek betrokken was. Als medicijnen de competentie kunnen blokkeren zonder de cellen ertoe aan te zetten resistentie te ontwikkelen, 'blijven de insecten gevoelig' voor antibioticabehandeling, zei hij.
Toekomstige studies zullen nodig zijn om te bepalen of "'anti-evolutie'-medicijnen realistisch kunnen worden gebruikt in combinatie met antibiotica om de verspreiding van antibioticaresistentie te voorkomen," merkten de auteurs op in hun paper. "Onze volgende stappen zullen zijn om te testen of ze specifiek zijn voor Streptococcus pneumoniae of als ze ook de verwerving van resistentie bij andere menselijke pathogenen kunnen blokkeren, "vertelden Domenech en Veening aan WordsSideKick.com. Read zei dat de filosofie van het ontsporen van evolutie om resistentie te voorkomen zou moeten worden overgedragen op andere bugs, maar de exacte medicijndoelen kunnen onderling verschillen.
Bij het ontwikkelen van geneesmiddelen voor menselijk gebruik zullen wetenschappers slim moeten zijn in het ontwerpen van klinische proeven, voegde Read toe. "Het is een 'bescherm het therapeutische' medicijn, in plaats van een therapeutisch geneesmiddel zelf," wat betekent dat het doel van de medicijnen niet zou zijn om mensen te behandelen, maar om resistentie te voorkomen, zei hij.
'In plaats van te proberen insecten te doden', zoals veel groepen proberen te bereiken met nieuwe antibiotica, 'probeert dit de input van genetische variatie te stoppen waarop selectie kan werken.' Gelezen. 'Voor mij geweldige eerste stappen - laten we gaan.'
