Sommige infecties keren weer terug na behandeling met antibiotica. De slapende bacteriën, de zogeheten ‘volhouders’, spelen hier een grote rol in. Dit is om twee redenen een probleem. Allereerst omdat de behandeling dus niet heeft gewerkt en de patiënt de infectie nog niet kwijt is. Maar ook omdat herhaalde toediening van antibiotica zorgt voor een grotere kans op resistentie bij de overlevende bacteriën.
Over de volhouders was tot nu toe weinig bekend. “Er zitten doorgaans maar heel weinig volhouders in een populatie bacteriën. Dat maakte het lastig te onderzoeken waarom ze niet doodgaan door de antibiotica. Maar inmiddels weten we meer”, zegt Matthias Heinemann, hoogleraar Molecular Systems Biology aan de Rijksuniversiteit Groningen. De omslag kwam toen Heinemann en zijn collega’s ontdekten dat een plotselinge verandering in de voedselbron bacteriën kan dwingen om in de slaapstand te schieten. Door de verandering schakelt een deel van de bacteriën zichzelf min of meer uit. Alsof ze in een diepe slaap vallen.
Laag pitje
Heinemann en zijn team hebben nu de veranderingen in stofwisseling en eiwitconcentraties gemeten in de volhouders. “Eerder was de overtuiging dat volhouders feitelijk inactieve cellen waren die zichzelf helemaal hadden uitgeschakeld, zonder specifieke kenmerken.” De nieuwe resultaten laten echter zien dat bij volhouders de stofwisseling op een heel laag pitje staat, net voldoende om te overleven. Deze bacteriën passen zich aan om hun kans op overleven maximaal te maken.
Het team heeft deze resultaten gebruikt om een model te maken dat beschrijft waarom de bacteriën in zo’n slapende toestand komen. “Door een snelle verandering van voedselbron stort de stofwisseling ineen. Hierdoor kan de bacterie te weinig voedsel opnemen om de energie te leveren die nodig is voor groei. Dat kan de cel in een vicieuze cirkel brengen die uiteindelijk leidt tot een soort safe mode, een veilige stand. De stofwisseling draait op een minimaal niveau en de bacterie heeft geen last meer van de antibiotica omdat die op groei of stofwisseling aangrijpen.” Zodra er weer een bruikbare voedselbron aanwezig is, kan de bacterie de stofwisseling weer aanzwengelen en opnieuw gaan delen.
Resistentie voorkomen
Deze nieuwe inzichten gaan in tegen diverse populaire modellen voor het beschrijven van volhouders. Die stellen dat de balans tussen gifstoffen en antigifstoffen in de bacterie de belangrijkste oorzaak is van de volhoudersstand, maar dat lijkt nu onwaarschijnlijk. In het nieuwe model is het mogelijk dat gifstoffen de stofwisseling van de cel vertragen en zo bijdragen aan het ontstaan van de slaaptoestand. Maar ze vormen slechts een van de vele factoren.
De belangstelling voor de volhouders is sterk toegenomen. “Dit is een terrein waar momenteel veel onderzoek naar wordt gedaan in de microbiologie”, zegt Heinemann. Het begrip is enorm toegenomen doordat nu bekend is wat de eigenschappen van de volhouders zijn en er een model is dat uitlegt hoe de cellen in de slaapstand komen. Heinemann: “Ons werk kan nieuwe ideeën opleveren over de behandeling van terugkerende infecties en het voorkomen van resistentie.”
Bron
J.L. Radzikowski, et al., Bacterial persistence is an active σs stress response to metabolic flux limitation, Molecular Systems Biology 2016, doi:10.15252/msb.20166998