Suikers in menselijke moedermelk zijn een nieuwe klasse
antibacteriële middelen
VANDERBILT UNIVERSITEIT
Moedermelk, die uit een complexe en voortdurend veranderende mix
van eiwitten, vetten en suikers bestaat, helpt baby’s te beschermen
tegen bacteriële infecties.
In het verleden hebben wetenschappers in hun zoektocht naar de
bron van de antibacteriële eigenschappen zich geconcentreerd op de
eiwitten die aanwezig zijn in moedermelk. Een interdisciplinair team
van chemici en artsen van de Vanderbilt Universiteit heeft echter
ontdekt dat in de moedermelk sommige koolhydraten niet alleen
antibacteriële eigenschappen hebben, maar ook de effectiviteit van
de aanwezige antibacteriële eiwitten verbeteren.
"Dit is het eerste voorbeeld van algemene, antimicrobiële
activiteit van de koolhydraten in moedermelk," zei de assistent
professor in de chemie Steven Townsend, die de studie heeft geleid.
"Een van de opmerkelijke eigenschappen van deze verbindingen is dat
ze duidelijk niet giftig zijn, dit in tegenstelling tot de meeste
antibiotica.”
De resultaten werden op 20 augustus gepresenteerd tijdens de
jaarlijkse bijeenkomst van de American Chemical Society in
Washington DC, door doktoraal student Dorothy Ackerman, en werd op 1
juni gepubliceerd in het ACS Infectious Diseases Journal, in een
krant met de titel "Human Milk Oligosaccharides Exhibit
Antimicrobial and Anti-Biofilm Properties Against Group B.
Streptococcus.“
De fundamentele motivatie voor het onderzoek was het groeiende
probleem van bacteriële resistentie tegen antibiotica die de
jaarlijkse, door de Center for Disease Control en Prevention
geschatte, 23.000 sterfgevallen veroorzaakt.
"We zijn begonnen met het zoeken naar verschillende methoden om
infectieuze bacteriën te verslaan. Voor inspiratie keken we naar een
bepaalde bacterie, groep B Strep. We vroegen ons af of zijn
gemeenschappelijke gastvrouw, zwangere vrouwen, verbindingen
produceert die de B strep kunnen verzwakken of doden, wat de
belangrijkste oorzaak is van infecties bij pasgeborenen wereldwijd,”
zei Townsend.
In plaats van in moedermelk te zoeken naar eiwitten met
antimicrobiële eigenschappen, richtten Townsend en zijn collega's
hun aandacht op de suikers, die aanzienlijk moeilijker te bestuderen
zijn.
“In het grootste deel van de vorige eeuw hebben biochemici
aangevoerd dat eiwitten het belangrijkst zijn en suikers bijzaak. De
meeste mensen konden zich vinden in dit argument hoewel er geen
gegevens zijn om het te ondersteunen,” zei Townsend. "Veel minder is
bekend over de functie van suikers dus, als geoefende
glycoproteïnechemicus, wilde ik hun rol onderzoeken.”
Om dit te kunnen doen verzamelden de onderzoekers koolhydraten
uit menselijke moedermelk, ook wel oligosacchariden genaamd, uit een
aantal verschillende donormonsters en profileerde ze met een
massa-spectrometrische techniek die tegelijkertijd duizenden grote
biomoleculen kan identificeren. Vervolgens voegden ze de
verbindingen toe aan strep culturen en observeerden het resultaat
onder de microscoop. Die toonde aan dat sommige van deze
oligosacchariden niet alleen direct de bacteriën doden maar ook de
biofilms die de bacteriën vormen om zichzelf te beschermen, fysiek
breken.
In een pilotstudie verzamelde Townsend's laboratorium vijf
monsters. Zij vonden dat de suikers uit één monster bijna een hele
strepkolonie vernietigde. In een ander monster waren de suikers
gematigd effectief terwijl de overige drie monsters een lager niveau
van activiteit vertoonden. In een vervolgstudie testen ze meer dan
twee dozijn extra monsters. Tot nu toe hebben twee monsters
bacteriële biofilms afgebroken en de bacteriën gedood, vier monsters
braken biofilms af maar de bacteriën werden niet gedood en twee
monsters vernietigden de bacteriën zonder de biofilms af te breken.
“Onze resultaten laten zien dat deze suikers een een-tweetje
doen,” zei Townsend. “Eerst maken ze de bacteriën gevoelig en dan
doden ze de bacteriën. Biologen noemen dit soms ‘synthetische
dodelijkheid’ en er is een belangrijke druk om nieuwe antimicrobiële
geneesmiddelen te ontwikkelen met deze mogelijkheid.”
Door de strep-culturen te doseren met een mengsel van melksuikers
en antimicrobiële peptiden uit menselijk speeksel, toonden de
onderzoekers ook aan dat het vermogen van de suikers om biofilms af
te breken ook de effectiviteit van de andere antimicrobiële
middelen, die aanwezig zijn in moedermelk, kan verbeteren.
In follow-up studies heeft het team ook aangetoond dat de
antimicrobiële activiteit van de melk suikers zich uitbreidt tot een
aantal andere infectieuze bacteriën, waaronder twee van de zes
"ESKAPE" pathogenen die de oorzaak zijn van ziekenhuisinfecties
wereldwijd.
Townsend werkt samen met collega's in het Mass Spectrometry
Research Center van de Vanderbilt universiteit om de specifieke
typen koolhydraten moleculen te identificeren die verantwoordelijk
zijn voor de antibacteriële effecten die ze hebben ontdekt.
Vertaling: Lia Keizer
