Je leest:

Bron van antibiotica

Bron van antibiotica

Auteur: | 6 oktober 2016

Behalve fundament en een bron van voeding, is de bodem ook steeds vaker een bron van nieuwe technologie. Zo blijken bepaalde bodembacteriën bruikbare antibioticaproducenten.

Ieder zal zijn eigen associatie hebben met de bodem. Toch ervaren de meeste mensen een typische grondlucht als aangenaam. De typerende, licht zoetige lucht van de bodem associëren we met buiten zijn en met gezondheid. Die lekkere grondlucht is eigenlijk niks anders dan een chemische verbinding: geosmine. Het is een vluchtige organische verbinding die gemaakt wordt door bodembacteriën: de actinomyceten. Geosmine is één van de vele secundaire metabolieten die actinomyceten produceren.

De zoete lucht van zwarte aarde associëren de meeste mensen met ‘lekker’.
123RF

Een bijzondere groep van actinomyceten zijn de streptomyceten. Ook die zijn sterk geassocieerd met gezondheid. Wat heet: streptomyceten zijn regelrechte medicijnmakers! Streptomyceten groeien net als andere actinomyceten op een manier die veel weg heeft van die van schimmels, namelijk door de vorming van een groot dradennetwerk of mycelium. Ze planten zich voort via de vorming van sporen. Die draden worden hyfen genoemd. In een voedingsrijke bodem zullen de hyfen groeien, maar zodra het voedsel opraakt zullen ze een nieuwe fase in de levenscyclus ingaan, waarbij gespecialiseerde hyfen worden gevormd. Die zogenoemde luchthyfen ontwikkelen uiteindelijk tot lange ketens van sporen. De miljoenen sporen die zo worden gevormd, kunnen zich vervolgens verspreiden om elders weer nieuw leven te beginnen.

Streptomyceten zijn zeer belangrijk als bron van antibiotica: niet minder dan de helft van alle antibiotica die we tegenwoordig in de kliniek gebruiken wordt geproduceerd door streptomyceten. De ‘oudste’ is streptomycine, maar daarna werden nog vele andere ontdekt met een grote diversiteit aan werkingsmechanismen en activiteit. De meesten van ons hebben dan ook ooit wel eens een medicijn gebruikt dat oorspronkelijk uit een streptomyceet komt. De overige antibiotica komen voornamelijk uit andere actinomyceten of uit schimmels. Antibiotica zijn in 1928 – mede – ontdekt door de Britse arts Alexander Fleming, toen hij een ‘schimmelinfectie’ kreeg op de kweekplaatjes waar hij bacteriën op probeerde te kweken. In aanwezigheid van de schimmels wilden de bacteriën niet meer groeien! Op die manier werd penicilline ontdekt, een antibioticum geproduceerd door schimmels..

Behalve antibiotica produceren streptomyceten ook een breed scala aan andere belangrijke natuurstoffen, zoals antitumor-, antischimmel- en antiwormverbindingen, evenals vele enzymen die gebruikt worden in de biotechnologie.

Alexander Fleming stond aan de basis van de ontdekking van antibiotica.
Hollandse Hoogte, Den Haag

Resistentie voorkomen door variatie

Eén van de grootste uitdagingen waar de huidige gezondheidszorg voor staat is het hoofd bieden aan antimicrobiële resistentie, dat wil zeggen het snel oprukken van ziekteverwekkende bacteriën die resistent zijn tegen meerdere – soms nagenoeg alle – antibiotica. Minister Schippers van Volksgezondheid, Welzijn en Sport heeft antibioticaresistentie daarom topprioriteit gemaakt binnen Europa onder het Nederlands voorzitterschap in 2016.

In de jaren vijftig en zestig van de vorige eeuw was het nog erg gemakkelijk om antibiotica te ontdekken: nagenoeg elke streptomyceet produceert ze wel en willekeurige bodemmonsters leverden vele streptomyceten op die nieuwe antibiotica maakten. Maar het is net als bij spaaracties met voetbalplaatjes in de supermarkt: in het begin is alles nieuw maar langzamerhand krijg je steeds meer dubbele en uiteindelijk moet je veel geld investeren voor je de laatste plaatjes te pakken hebt. Die benodigde grote investeringen hebben ertoe geleid dat de farmareuzen zich hebben teruggetrokken uit dit veld. Het gevolg: er komen nog nauwelijks nieuwe antibiotica op de markt!

Is de bodem dan uitgeput als bron van nieuwe medicijnen? Het tegendeel lijkt waar. Er zijn waarschijnlijk vele duizenden antibiotica die we nog niet hebben ontdekt. De wetenschappelijke consensus is zelfs dat we nog maar enkele procenten kennen. Dat heeft twee oorzaken: ten eerste kunnen veel bacteriën helemaal niet gekweekt worden in het laboratorium. Recent heeft de Amerikaanse microbioloog Kim Lewis laten zien dat wanneer je die bacteriën wél kunt kweken, je ook vrijwel direct nieuwe verbindingen kunt vinden. Het is dus zaak dat we die grote biodiversiteit gaan ontginnen door nieuwe kweekmethoden te ontwikkelen.

Lang niet alle bacteriën zijn in het lab te kweken.
123RF

Ten tweede is het zo dat veel antibiotica niet geproduceerd worden onder de standaardomstandigheden waaronder we bacteriën in het laboratorium laten groeien. Dit zijn als het ware ‘slapende antibiotica’. Toen aan het begin van de eenentwintigste eeuw de eerste genomen van streptomyceten werden gesequenced (door de teams van Sir David Hopwood en van nobelprijswinnaar Satoshi Omura) bleek dat deze veel meer genetische informatie voor de productie van antibiotica bevatten dan ooit was vermoed. En dat in bacteriën waar nota bene al vijftig jaar zeer intensief onderzoek aan was gedaan door tientallen, zo niet honderden onderzoeksteams, waardoor het haast onmogelijk leek dat er in deze stammen nog meer antibiotica konden worden ontdekt. Deze kennis heeft een revolutie teweeggebracht in de manier waarop we naar deze bodembacteriën kijken; het zijn als het ware medicijnmakers.

Microfarmaceuten wakker schudden

De grote uitdaging ligt nu dus in het ‘wakker’ maken van deze slapende antibiotica. Dat moet gebeuren door beter te begrijpen wat de precieze signalen zijn die in de bodem leiden tot de productie van deze stoffen. Antibiotica zijn vaak zeer complexe moleculen, en de productie ervan kost een bacterie dan ook veel energie. Dat moet bovendien gebeuren in een fase van de levenscyclus waarin juist weinig voedsel in de bodem aanwezig is en energie dus schaars is. De bacterie moet kiezen: investeer ik de energie in groei en voortplanting (sporulatie), of investeer ik deze in het maken van antibiotica? Dat laatste zal alleen lonend zijn als er een ernstige bedreiging wordt gesignaleerd, zoals een snelgroeiende concurrent of een andere bacterie die zelf bedreigende antibiotica produceert.

Alle bacteriën produceren signaalmoleculen voor onderlinge communicatie. Die kakofonie van signalen moet de streptomyceet verwerken en vertalen naar het aan- of juist uitzetten van allerlei genen, zodat de juiste moleculen op het juiste moment worden geproduceerd. Het ligt dus voor de hand dat er signalen in de bodem rondgaan die de sleutel zijn tot het activeren van slapende antibiotica. Het is dan ook van groot belang dat we leren begrijpen wat er in de bodem gebeurt. Die inzichten zullen als basis kunnen fungeren voor het ontwikkelen van innovatieve methoden om te gaan screenen voor nieuwe medicijnen. De rol van de bodem als medicijnenfabriek is nog lang niet uitgespeeld.

Dit artikel is een publicatie van Stichting Biowetenschappen en Maatschappij.
© Stichting Biowetenschappen en Maatschappij, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 06 oktober 2016

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.