Bacteriën kunnen steeds beter tegen antibiotica. Dit vormt wereldwijd een bedreiging voor onze gezondheid. Biofysicus Adéla Melcrová bestrijdt de hardnekkige superbacteriën die ziekenhuisinfecties zoals MRSA veroorzaken met een nieuw, veelbelovend antibioticum.
Het is lastig om je een omgeving voor te stellen die grondiger gedesinfecteerd wordt dan een ziekenhuis. Toch zijn hier bacteriën te vinden die de gebruikelijke antimicrobiële middelen, waaronder veelgebruikte antibiotica, weten te omzeilen. Deze zogeheten superbacteriën vormen een gevaar voor ziekenhuispatiënten en kunnen een routineoperatie veranderen in een gevecht op leven en dood.
De Wereldgezondheidsorganisatie beschouwt bacteriële resistentie, ofwel de weerstand van bacteriën tegen antibiotica, als een van de tien grootste bedreigingen voor de volksgezondheid. De Tsjechische wetenschapster Adéla Melcrová, werkzaam aan het Universitair Medisch Centrum Groningen, heeft de aanval op deze superbacteriën geopend. Ze benadert het probleem van antibioticaresistentie vanuit de natuurkunde. Een jaar geleden ontdekte zij samen met haar collega’s van de Rijksuniversiteit Groningen hoe het veelbelovende antibioticum AMC-109 werkt. Nu test ze of het kan worden gebruikt in een ziekenhuisomgeving.
Ongeneesbare infecties
Een antibioticum is een chemische stof die bacteriën doodt zonder de omliggende menselijke cellen aan te vallen. Sommige bacteriën hebben echter een resistentie ontwikkeld tegen veelgebruikte antibiotica, waardoor de conventionele stoffen niet meer werken. Een van deze superbacteriën is de gouden stafylokok (Staphylococcus aureus) die resistent is geworden tegen het veelgebruikte geneesmiddel meticilline. Meticilline-resistente Staphylococcus aureus staat ook wel bekend als MRSA.
Infecties met gouden stafylokok komen meestal voor in ziekenhuizen bij patiënten met een zwak immuunsysteem of open wonden. In ernstige gevallen kan een infectie leiden tot bloedvergiftiging, wat in een op de drie gevallen fatale gevolgen heeft.
Melcrová onderzoekt deze schijnbaar onverslaanbare infecties. ‘In het ziekenhuis werk ik samen met artsen die hier in de praktijk mee te maken krijgen. Artsen die geconfronteerd worden met een infectie veroorzaakt door resistente bacteriën bewaren daarvan een monster in de vriezer voor verder onderzoek. Ze hebben eigenlijk een soort archiefkast van bacteriën waaruit ik een monster kan lenen om experimenten mee uit te voeren.’
Melcrová is vooral geïnteresseerd in de exacte werking van antibiotica op bacteriën. ‘De enorme diversiteit aan bacteriën heeft tot de creatie van veel verschillende antibiotica geleid, die variëren in hun werking. Sommige stoppen alleen de groei en voorkomen dat de bacterie zich verder vermenigvuldigt, terwijl andere echt alles doden wat ze tegenkomen’, zegt Melcrová.
Een bacteriecel bevat DNA, een genetische code waarmee moleculen worden aangemaakt die de bacterie nodig heeft om te leven. De buitenkant van de cel is een membraan, dat wordt beschermd door een sponsachtige laag – de celwand. ‘Er bestaat bijvoorbeeld een type antibioticum dat zich door het buitenste membraan naar binnen werkt. Zo krijgt het toegang tot de genetische informatie en kan het voorkomen dat de bacterie volgens de regels van zijn DNA de stoffen aanmaakt die nodig zijn om te overleven. Een ander voorbeeld zijn antibiotica die de processen in de bacterie verstoren, waardoor deze zich niet meer kan vermenigvuldigen. Weer een ander type is een antibioticum dat aan de oppervlakte werkt. Het maakt gaten in de buitenkant van de bacterie, waardoor de vloeistof die de bacteriecel vult naar buiten lekt.’
Alleskunner
Niet alle antibiotica werken volgens deze gangbare manieren. In een artikel dat vorig jaar verscheen in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications, beschreven Melcrová en haar collega’s zelfs een compleet nieuwe werking. ‘De antibiotica waar ik me op richt, werken aan het oppervlak. Maar ze maken geen gaten in het buitenste omhulsel van de bacterie: ze veranderen de structuur van het membraan, waardoor de bacterie geen interactie meer kan hebben met zijn omgeving, de buitenste beschermlaag niet meer kan vormen, en daardoor sterft. Dit is een nieuwe werking van antibiotica die nog nooit eerder is beschreven’, zegt Melcrová.
Het antibioticum waarbij deze werking is vastgesteld, heet AMC-109. Het wordt getest op huidinfecties veroorzaakt door gouden stafylokok en levert al veelbelovende resultaten op.
AMC-109 is ontwikkeld door het Noorse bedrijf Amicoat, dat de natuur als inspiratiebron zag voor het middel. ‘De wetenschappers van dit bedrijf wilden een antibioticum ontwikkelen dat zou werken tegen een groot aantal bacteriën. Ze keken daarvoor naar de natuur – specifiek naar kleine eiwitmoleculen die antibacteriële peptiden worden genoemd. Ons lichaam maakt zelf ook antibacteriële peptiden aan om infecties te bestrijden. Daarnaast zijn ze te vinden in schimmels, planten of zelfs zeedieren.’
Hoewel AMC-109 al op menselijke patiënten is getest, was de exacte werking van het middel op moleculair niveau tot nu toe onbekend. ‘Wanneer we AMC-109 oplossen in een waterige omgeving, zorgt de chemische structuur van het antibioticum ervoor dat het samenklontert in kleine bolletjes. Deze bolletjes trekken zich niks aan van menselijke cellen. Maar als ze een bacterie tegenkomen, plakken ze zich daaraan vast en lossen ze op in het buitenste omhulsel van de cel. De bouwstenen van het bacteriële membraan worden geblokkeerd en kunnen niet meer met elkaar communiceren. Het membraan verliest dan zijn functies, waardoor de bacterie niet in staat is om de processen uit te voeren die nodig zijn om te overleven. Het antibioticum zorgt er uiteindelijk niet alleen voor dat de bacterie niet meer kan groeien, maar zelfs dat de bacterie sterft.’
Vergeleken met traditionele antibiotica werkt AMC-109 dus op een universele manier: het valt de hele buitenkant van de bacterie aan, in plaats van alleen een deel met een specifieke functie, waardoor de bacteriën er geen resistentie tegen lijken te kunnen ontwikkelen.
Van natuurkunde naar geneeskunde
Melcrová is natuurkundige, maar doet nu interdisciplinair onderzoek in een ziekenhuisomgeving. ‘De gedachte dat mijn werk iemands leven kan redden, motiveert me enorm. Tijdens mijn promotieonderzoek miste ik de kans om mijn onderzoek in de praktijk toe te passen. Daarom besloot ik me te richten op antibiotica. Nu hebben we een manier gevonden om bacteriën te bestrijden die nog nooit eerder is beschreven. Toen we ons artikel in Nature Communications publiceerden, dacht ik: ‘Wat als niemand onze resultaten overneemt en dit nooit in de klinische praktijk terechtkomt?’ Ik besloot daarom het heft in eigen hand te nemen en me te verplaatsen naar een ziekenhuisomgeving waar ik rechtstreeks toegang heb tot monsters van patiënten.’
Ze beschouwt haar achtergrond in natuurkunde als een voordeel in haar onderzoek. ‘Het farmaceutische bedrijf dat AMC-109 ontwikkelde, heeft honderden moleculen getest om te zien of die de bacterie zouden doden. Mijn aanpak is precies het tegenovergestelde. Ik probeer in detail te begrijpen hoe een antibioticum werkt; dat is de natuurkundige in mij. Doordat ik bekend ben met de moleculaire werking van AMC-109 en andere antibiotica, en hoe deze in theorie kunnen samenwerken, ben ik in staat om nieuwe strategieën te bedenken. Als ik bijvoorbeeld weet dat twee bepaalde antibiotica elkaar op papier ondersteunen, probeer ik deze te combineren. Zonder mijn natuurkundige achtergrond zou zo’n idee wellicht nooit bij me zijn opgekomen’, zegt Melcrová.
Dit artikel is oorspronkelijk verschenen in WIRED Czech Republic & Slovakia. Vertaling: Hester Leistra.