Hoe je een oud antibioticum honderd keer krachtiger maakt
Wat zou er gebeuren als je antibioticum dat al 70 jaar bekend is, verbetert met de nieuwste tools uit de moderne chemie? Hoogleraar Biologische chemie Nathaniel Martin nam de proef op de som. Het resultaat? Een antibioticum dat tot wel honderd keer krachtiger is en de groei van sommige antibiotica-resistente bacteriën voorkomt. Martin’s team publiceerde hun onderzoek in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.
De naam bacitracine klinkt je misschien niet bekend in de oren, maar het is een van de meeste gebruikte antibiotica ter wereld. Hoewel je het in Nederland niet vaak tegenkomt, heeft bijna elk huishouden in Noord-Amerika wel een vorm van dit antibioticum in het medicijnkastje staan. Het is vooral voor plaatselijk, uitwendig gebruik, denk aan een crème om te voorkomen dat een geschaafde knie geïnfecteerd raakt.
Martin was altijd al gefascineerd door bacitracine omdat het bacteriën op een unieke manier aanvalt vergeleken met andere soorten antibiotica. Het hecht zich aan een specifiek deel van de membranen van bacteriën, aan de buitenkant van de cel. Hierdoor voorkomt bacitracine dat bacteriën hun celwand kunnen bouwen, en remt zo hun groei.
Iets dat niemand tot nu toe echt had begrepen
Een paar jaar geleden las Martin een artikel waarin in detail werd uitgelegd hoe bacitracine zich bindt aan zijn bacteriële doelwit, en dat trok zijn aandacht. ‘Ik realiseerde me dat er iets heel interessants is aan hoe bacitracine bacteriën doodt, iets wat niemand tot dan toe echt had begrepen’, zegt hij. De sleutel zat in de zogenaamde kristalstructuur, oftewel de nauwkeurige rangschikking van de atomen in het antibioticum.
Eenvoudig gezegd onthulde het artikel dat een bacitracinemolecuul vijf punten heeft die contact maken met het celmembraan van een bacterie. Je kunt ze vergelijken met uitstrekkende armpjes die de bacteriën vastpakken. Martin: ‘Als chemicus vroeg ik me af: wat zou er gebeuren als we deze armen langer en plakkeriger konden maken? Zouden ze dan beter aan de cel kunnen binden en het antibioticum effectiever maken?’
Het bouwen van een ‘verbeterde’ versie bacitracine
Martin en zijn team van onderzoekers aan het Instituut Biologie Leiden (IBL) gingen aan de slag. Met behulp van scheikunde bouwden ze een verbeterde versie van bacitracine. Vergeet niet dat de meeste antibiotica worden gemaakt door micro-organismen die onder de grond leven. Dat betekent dat ze niet noodzakelijk zijn geoptimaliseerd voor gebruik als medicijnen in het menselijk lichaam. Sommige klassen van antibiotica, zoals de penicillines, zijn door de jaren heen al synthetisch verbeterd door scheikundigen zoals Martin. Maar bacitracine gebruiken we nog steeds in zijn natuurlijke, onveranderde vorm. Dat betekent dat er waarschijnlijk nog meer uit het antibioticum te halen is.
Dat is precies wat Martin met dit onderzoek wilde uitzoeken. En het blijkt dat hij gelijk had. Met behulp van chemische synthese van bacitracine kan het antibioticum enorm verbeteren. ‘In veel gevallen zagen we dat onze nieuwe versie van bacitracine tien tot honderd keer krachtiger was dan de natuurlijke vorm’, zegt Martin.
De groei van antibiotica-resistente bacteriën voorkomen
De onderzoekers deden nog een tweede ontdekking tijdens het testen van het medicijn op in het laboratorium gekweekte bacteriën. De verbeterde bacitracine was ook veel effectiever in het voorkomen van de groei van bepaalde antibiotica-resistente bacteriën. De resistentie van bacteriën tegen antibiotica is een groeiend probleem dat experts op het gebied van infectieziekten over de hele ziekte zorgen baart. De Wereldgezondheidsorganisatie noemt het probleem zelfs een ‘wereldwijde bedreiging voor de volksgezondheid.’
Martins onderzoek had niet als doel om nu al een commercieel product te ontwikkelen. ‘Eerst moesten we aantonen dat het mogelijk is.’ Maar nu die stap is gezet, overweegt hij al een vervolgonderzoek om uit te zoeken hoe we de verbeterde bacitracine kunnen gebruiken om ernstige, antibiotica-resistente infecties te behandelen.
Tekst: Samuel Hanegreefs
Samenwerking
Het artikel is verschenen in het wetenschappelijk tijdschrift PNAS. Het onderzoek werd geleid door Dr. Ned Buijs, die onlangs zijn doctoraat behaalde onder begeleiding van professor Nathaniel Martin. Het project was ook een internationale samenwerking, waarbij de groepen van Tanja Schneider aan de Universiteit van Bonn en Stephen Cochrane aan Queen's University Belfast belangrijke bijdragen leverden.
Verder lezen
Buijs, N.P.; Vlaming, H.C.; Kotsogianni, I.; Arts, M.; Willemse, J.; Duan, Y.; Alexander, F.M.; Cochrane, S.A.; Scheider, T. and Martin, N.I. (2024). A classic antibiotic reimagined: Rationally designed bacitracin variants exhibit potent activity against vancomycin-resistant pathogens. Proceedings of the National Academiy of Sciences of the United States of America. 121(29), https://doi.org/10.1073/pnas.2315310121