Nieuw antibiotica-target: hoop in strijd tegen resistente bacteriën
Nieuwe antibiotica zijn dringend nodig, want antibioticaresistentie dreigt wereldwijd doodsoorzaak nummer één te worden. Microbioloog dr. Maurice Steenhuis onderzocht een aangrijpingspunt bij Gram-negatieve bacteriën dat kan dienen als ‘target’ voor nieuwe antibiotica. In zijn promotieonderzoek toonde hij aan dat manipulatie van dit target een stressreactie bij bacteriën uitlokt die leidt tot afname van de groei.
Steenhuis werkt nu als virusonderzoeker bij Sanquin, hij heeft het antibiotica-onderzoeksveld inmiddels verlaten. Maar aan het Amsterdam UMC waar hij op 19 april 2022 promoveerde, borduren andere onderzoekers voort op de resultaten van zijn werk. Steenhuis onderzocht een aangrijpingspunt in het buitenste membraan van Gram-negatieve bacteriën waarvoor nog geen antibiotica bestaan. Hij ontdekte dat manipulatie hiervan een stressreactie uitlokt bij deze bacteriën.
“Lukt het om antibiotica te ontwikkelen die gericht zijn tegen het target dat ik heb gevonden, dan biedt dat een nieuw wapen tegen resistente bacteriën”
dr. Maurice Steenhuis
Nieuw wapen
“De meeste van de huidige antibiotica zijn gericht tegen vijf verschillende targets in bacteriën. Die targets hebben veel bacteriën weten aan te passen, waardoor ze in meer of mindere mate resistent geworden zijn tegen de huidige antibiotica. Dat kan tot onbehandelbare infecties leiden. Lukt het om antibiotica te ontwikkelen die gericht zijn tegen het target dat ik heb gevonden, dan biedt dat een nieuw wapen tegen resistente bacteriën. Ook andere onderzoeksgroepen hebben dit target ontdekt en zeer interessant stoffen gevonden die hierop aangrijpen”, aldus Steenhuis.
BAM-complex
Vooral Gram-negatieve bacteriën zijn berucht om hun resistentie tegen antibiotica. Sommige van deze bacteriestammen zijn resistent geworden tegen vrijwel alle beschikbare antibiotica. Infecties als gevolg van Gram-negatieve bacteriën zijn bijzonder lastig te behandelen; nieuw ontwikkelde antibiotica moeten, afhankelijk van hun target, door het buiten- of door het binnenmembraan van de bacterie heendringen. “Het buitenmembraan beschermt Gram-negatieve bacteriën tegen schadelijke stoffen in de omgeving. Dit bestaat uit lipopolysacchariden aan de buitenzijde en fosfolipiden aan de binnenzijde. Belangrijk bij de opbouw van het buitenmembraan is onder meer het zogeheten bèta-barrel-machinerie (BAM)-complex, dat een rol speelt bij de vouwing van de eiwitten in het buitenmembraan. Manipulatie van het BAM-complex geeft een stressreactie en zorgt voor een instabiel membraan waardoor bij bacteriën de groei afneemt.”
“De screening van honderdduizenden stoffen leverde drie stoffen op die de potentie hebben om aan te grijpen op het buitenste membraan en zo de bacterie kunnen verzwakken”
‘Assay’
In zijn promotieonderzoek speurde Steenhuis naar stoffen die deze stressreactie uitlokken. “Wij hebben gekeken welke promotoren in de bacterie bij stress een rol spelen. Die hebben we gekloond en op een fluorescente assay aangebracht. Leverde een stof stress op bij een bacterie, dan lichtte het assay groen op. Op deze manier screende ik enkele honderdduizenden stoffen. Dat leverde drie stoffen op die de potentie hebben om aan te grijpen op het buitenste membraan en zo de bacterie kunnen verzwakken.”
“We hebben een target gevonden dat ‘druggable’ is: geschikt om te dienen als aangrijpingspunt voor potentieel nieuwe antibiotica”
‘Druggable’
Op dit punt stopte het onderzoek van Steenhuis. “Ik ben vervolgens gepromoveerd en nu screenen andere onderzoekers met behulp van mijn assay honderdduizenden stoffen op mogelijke antibacteriële activiteit. De stoffen die ik gevonden heb, zijn niet erg potent en als zodanig niet geschikt om verder te ontwikkelen tot een geneesmiddel. Maar het voornaamste punt uit mijn onderzoek is dat we een target hebben gevonden dat ‘druggable’ is: geschikt om te dienen als aangrijpingspunt voor potentieel nieuwe antibiotica. Dat is een belangrijke stap. Nu is het zoeken naar stoffen met voldoende potentie voor dat target die kunnen dienen als aanknopingspunt voor verder onderzoek. Ik verwacht dat er in planten potente stoffen te identificeren zijn.”
Blaasontstekingen
Tot slot heeft Steenhuis nog een aardig weetje voor apothekers. “We hebben ook gezocht op stoffen gericht tegen het binnenmembraan van bacteriën en kwamen een stof tegen die op nitrofurantoïne lijkt. Dit is ooit een bijproduct geweest van een screening op kankermedicatie. We testten deze op bacteriën, maar het werkte aanvankelijk niet. Dat kwam doordat het molecuul te groot was om de bacteriecel binnen te dringen. We hebben het molecuul in tweeën gesplitst. Er bleef een stof over die sterk lijkt op nitrofurantoïne, maar qua molecuulstructuur iets daarvan verschilt. Deze ‘compound’ bleek even toxisch te zijn als nitrofurantoïne en werkt tegen Gram-negatieve en Gram-positieve bacteriën. Nu wordt deze getest bij muizen. Mogelijk wordt dit een alternatief bij blaasontstekingen door bacteriën die resistent zijn tegen nitrofurantoïne.”
Abstract promotieonderzoek dr. Maurice Steenhuis: Biogenesis of bacterial membranes a target for novel antibiotics
Referenties:
- Steenhuis et al. A ban on BAM: an update on inhibitors of the β-barrel assembly machinery. FEMS Microbiol Lett. 2021 Jun16;368(11):
- Steenhuis M et al. Combining Cell Envelope Stress Reporter Assays in a Screening Approach to Identify BAM Complex Inhibitors. ACS Infect Dis. 2021 Aug 13;7(8):2250-2263.