Internationaal onderzoeksteam boort potentiële bron aan van nieuwe antibiotica
Onderzoekers onder leiding van prof. Christian Jogler van de Friedrich Schiller Universiteit in Jena, prof. Franz Brümmer en Ralph-Walter Müller van de Universiteit van Stuttgart zijn erin geslaagd zee-bacteriën te kweken in een laboratorium.
Eerst hebben de onderzoekers een bacteriesoort aan de zee onttrokken. Vervolgens voerden ze een functionele karakterisering op die bacteriën uit. Daardoor werd een systematische screening op (medisch) actieve stoffen mogelijk. Bioinformatische [4] analyses en celbiologische [5] waarnemingen maakten duidelijk dat de bacteriën de potentie hadden om nieuwe antibiotica te aan te maken. Het onderzoeksteam publiceerden hun studie in het laatste nummer van het tijdschrift Nature Microbiology [2].
Bijna driekwart van alle klinisch relevante antibiotica zijn natuurlijke stoffen die worden gemaakt door bacteriën. Maar de momenteel beschikbare antibiotica worden steeds minder doeltreffend. En steeds meer pathogenen die ze bestrijden zijn intussen resistent. Dit betekent dat er dringend behoefte is aan nieuwe antibiotica. Een probleem daarbij is dat minder dan één procent van de bekende bacteriesoorten beschikbaar voor het zoeken naar werkzame stoffen. De andere 99 procent wordt beschouwd als niet te cultiveren. Omdat die 99 procent niet te kweken valt, wordt die grote groep nauwelijks onderzocht.
Verder kunnen lang niet alle bacteriesoort antibiotica produceren en verder is dit vermogen ongelijk verdeeld. “Talentvolle producenten hebben over het algemeen een complexe levensstijl, een afwijkende celbiologie en ze hebben complexere genomen”, legt microbioloog Christian Jogler van de Friedrich Schiller University in Jena uit. “Bacterieën die antibiotica aanmaken zetten die in tegen concurrerende bacteriën waarmee ze strijden om voedsel en habitat. Dus overal waar voedingsstoffen schaars zijn zulke en die microbiologische gevechten om hulpbronnen plaatsvinden, zijn veelbelovende plekken om te zoeken naar potentiële producenten van antibiotica.
Dat hebben Jogler en zijn team dan ook gedaan. Met behulp van duikrobots en wetenschappelijke duikers zochten ze naar Planctomycetes [3] op in totaal tien maritieme locaties. Jogler: “We weten dat Planctomycetales leven in gemeenschappen met andere micro-organismen en met die andere bewoners concurreren om habitat en voedingsstoffen. Op dat soort plekken zijn we dan ook op zoek gegaan”.
De onderzoekers namen monsters uit de Middellandse Zee, de Noordzee, de Baltische Zee, de Zwarte Zee, de Atlantische Oceaan, de Stille Oceaan en de Noordelijke IJszee. Met behulp van die monsters zijn de wetenschappers erin geslaagd om nieuwe, zuivere culturen van 79 Planctomyceten te maken. “We hebben pure culturen van samen 31 nieuwe geslachten en 65 nieuwe soorten”, voegt hoofdauteur Dr. Sandra Wiegand toe.
Onbekende celdeling en antibioticapotentieel
Bioinformatische en microscopische methoden werden gebruikt om de nieuwe, zuivere culturen te karakteriseren. “De bio-informaticsche analyse was holistisch in zijn benadering”, zegt Wiegand. Het potentieel om kleine moleculen zoals antibiotica te produceren werd bestudeerd, evenals de processen van cellulaire signaaltransductie – het doorgeven van berichten binnen de cel. Signaaltransductie levert een maat voor de complexiteit van de microbiële levensstijl en daarmee een ??verdere aanwijzing voor de productie van antibiotica. “De resultaten van deze analyses tonen aan dat de nieuw verkregen Planctomycetes buitengewoon complexe levensstijlen hebben en het potentieel hebben om nieuwe antibiotica te produceren,” voegt ze eraan toe.
De onderzoekers vonden in hun onderzoek experimentele bevestiging van enkele van hun bio-informaticsche analyses. Ze onderzochten onder meer de celbiologie van de geïsoleerde Planctomyceten.
“Onze planctomycetes delen zich op een heel andere manier dan alle andere belangrijke pathogene bacteriën”, zegt Jogler. Het onderzoek laat dus onverwachte nieuwe mechanismen van bacteriële celdeling zien. Bovenal levert de studie baanbrekend en indrukwekkend bewijs op dat zogenaamd ‘niet-kweekbare’ bacteriën wel degelijk kunnen worden vermeerderd en dus onderzocht met behulp van kweek.
Volgens de auteurs van de studie kunnen veel aspecten van hun huidige studie worden ingezet bij het onderzoek naar en de vermeerdering van andere potentiële antibioticaproducenten. “Hypothese-gedreven teelt en holistische karakterisering zijn essentieel voor het ontdekken van iets volstrekt nieuws en daarmee de weg vrij maken naar nieuwe behandelmethoden”, benadrukt Jogler.
Jogler is pas enkele weken geleden naar Jena verhuisd. De professor in microbiële interacties is blij dat hij in de Friedrich Schiller Universiteit de ideale omgeving heeft gevonden voor zijn onderzoek met zijn `cluster of excellence`: Balance of the Microverse.
Naast het team van de Jena Universiteit waren veel andere onderzoekers uit Duitsland, Nederland, Spanje, Noorwegen en de Verenigde Staten betrokken bij het onderzoek.
Betrokken universiteiten en instellingen: Radboud Universiteit Nijmegen, German Collection of Microorganisms and Cell Cultures in Braunschweig, Technische Universiteit van Dresden, Karlsruhe Institute of Technology, Centro Andaluz de Biología del Desarrollo in Seville, Leibniz Institute for Baltic Sea Research in Warnemünde, Max Planck Institute for Marine Microbiology in Bremen, Universiteit van Bergen Universiteit van Porto, Freiberg University of Mining and Technology, Universiteit van Stuttgart, Stanford University (USA), Wageningen Universiteit, Helmholtz Centre for Infection Research in Braunschweig, National Institutes of Health in Bethesda.
Vertaling: Dick Schrauwen [1]
Verwijzingen
[1] Bewerking van onderstaand persbericht
– https://www.uni-stuttgart.de/en/university/news/press-release/Antibiotics-from-the-sea/
[2] Publicatie
– https://www.nature.com/articles/s41564-019-0588-1
[3] Planctomycetes
– https://en.wikipedia.org/wiki/Planctomycetes
[4] Bioinformatica (bioinformatics)
– https://www.slideshare.net/wvcrieki/bioinformatica-29092011t1bioinformatics
[5] Celbiologie
– https://nl.wikipedia.org/wiki/Celbiologie