Onderzoek naar het DNA van uitgestorven mensachtigen heeft stukjes genetische code aan het licht gebracht die bacteriedodende eiwitten maakten. Die zouden we kunnen gebruiken om gevaarlijke microben te bestrijden.
In het DNA van neanderthalers en denisovamensen zitten stukjes code die antibiotica-moleculen aanmaken. Deze moleculen zouden een nieuw wapen kunnen vormen in de strijd tegen microben die resistent zijn tegen antibiotica.
Vorig jaar keken microbioloog César de la Fuente van de Universiteit van Pennsylvania in de VS en zijn collega’s naar het DNA van moderne mensen. Daarin vonden ze de codering voor meer dan tweeduizend antibiotische peptiden, de bouwstenen van eiwitten. Nu heeft De la Fuente nog eens zes antibiotische peptiden gevonden in de DNA-code van neanderthalers en denisovamensen. Die zijn niet waargenomen bij de moderne mens.
‘Er komt een moment dat we een grieppandemie niet kunnen voorkomen’
Ron Fouchier staat aan de frontlinie in de strijd tegen de griep. Met nieuwe vaccins wil hij ons beschermen tegen toekomstige pandemieën.
‘We hebben er altijd van gedroomd om uitgestorven organismen zoals de dinosauriërs terug te brengen, zoals in Jurassic Park. Maar dat brengt natuurlijk veel ethische, ecologische en technische problemen met zich mee’, zegt De la Fuente. ‘In plaats van hele organismen terug te brengen, bedachten wij: kunnen we niet moleculen uit het verleden terugbrengen? Die kunnen dan helpen bij hedendaagse problemen zoals antibioticaresistentie.’
Oereiwitstukjes met antimicrobiële eigenschappen
De la Fuente en zijn collega’s maakten gebruik van een kunstmatige intelligent programma (AI). Dat simuleerde het gedrag van enzymen genaamd proteasen die eiwitten afbreken tot kleinere stukjes, de zogeheten peptiden. De AI keek hoe moderne menselijke proteasen zouden omgaan met eiwitten die door oud DNA zijn gecodeerd. De brokstukken, de afgebroken eiwitten, waren dus een soort oer-peptiden.
De onderzoekers keken of deze oer-peptiden een antimicrobiële werking hadden. Dat deden ze door hun eigenschappen, zoals hun elektrische lading, in kaart te brengen. Tot slot maakten ze een ranglijst met daarop 69 oer-peptiden met antimicrobiële eigenschappen.
‘Onze hypothese is dat wanneer je besmet raakt, het aantal proteasen in verschillende delen van het lichaam kan toenemen of afnemen. Die kunnen eiwitten splitsen om onderdelen te maken die werken als antimicrobiële stoffen. Die dienen dan dus in wezen als onderdeel van het immuunsysteem’, zegt De la Fuente.
Oerspul in petrischaaltjes
De onderzoekers lieten de peptiden vervolgens daadwerkelijk maken door een bedrijf. Die bouwen peptiden op basis van DNA-sequenties.
Het onderzoeksteam stopte de 69 moleculen in petrischaaltjes, samen met verschillende bacteriën. Zo ontdekten De la Fuente en zijn collega’s zes voorheen onbekende antibiotische peptiden.
Drie daarvan kwamen van neanderthalers. Drie kwamen van denisovamensen. Elke peptide werkte tegen ten minste één soort bacterie.
Superbacterie
De bacteriën die door de peptiden werden opgeruimd, waren onder meer E. coli, Pseudomonas aeruginosa, die long- en bloedontstekingen veroorzaakt, en Acinetobacter baumannii, die mensen met een zwak immuunsysteem infecteert.
Een van de neanderthaler-peptiden werkte bovendien tegen Staphylococcus aureus of MRSA. Deze microbe staat ook wel bekend als een superbacterie omdat hij resistent is tegen verschillende veelgebruikte antibiotica, waaronder meticilline.
Van schaaltje naar muis
Om te zien of de oer-antibiotica bij dieren werken, zetten de onderzoekers proefmuizen in. Twee van de denisova-moleculen bleken in de muizen te werken tegen P. aeruginosa-huidinfecties. Een neanderthaler-molecuul werkte tegen A. baumannii-huidinfecties. De geteste moleculen verminderden het aantal bacteriën met minstens een factor duizend. Ze waren even effectief als een klinisch goedgekeurde antimicrobiële peptide, polymyxine B.
Verder onderzoek liet zien dat de antibiotica-moleculen de celmembranen van bacteriën doorprikten. Doordat de moleculen positief geladen en waterafstotend zijn, kunnen ze de negatief geladen membranen van bacteriële cellen binnendringen. Zo vormen ze poriën die de bacteriën doden, aldus De la Fuente.
De antibiotische peptiden zijn waarschijnlijk veilig in het lichaam, zegt De la Fuente. Er is wel vervolgonderzoek nodig om dit te bevestigen.
Leren van evolutie
‘Wij denken dat de evolutie werkt als een geweldige filter die dingen selecteert die werken, en die veilig en effectief zijn’, zegt De la Fuente. ‘Door te putten uit oude organismen hoeven we ons waarschijnlijk minder zorgen te maken over de veiligheid dan bij het ontwerpen van nieuwe geneesmiddelen vanaf nul.’
‘De mogelijkheid om potentiële antibiotica opnieuw ‘tot leven te wekken’ is enorm belangrijk’, zegt biochemicus Sam Williams van de Universiteit van Bristol, Verenigd Koninkrijk, over het onderzoek. ‘De antimicrobiële peptiden zijn niet giftig, vergelijkbaar met andere antimicrobiële peptiden en werkten goed in muizen.’
‘De natuur heeft miljarden jaren de tijd gehad om een ongelooflijk scala aan antimicrobiële peptiden en kleine moleculen te produceren. Het zou jammer zijn als ze voor de mensheid verloren gingen voordat we wisten dat ze er waren’, aldus Williams.
