De medicijnen die ons al meer dan zeventig jaar beschermen tegen de alomtegenwoordige bacteriën, verliezen langzaamaan hun grip, en we hebben een nieuw wapen nodig om infecties te bestrijden. Ziekteverwekkende bacteriën worden immuun voor de antibiotica die hen ooit hebben gedood, zelfs voor medicijnen die ooit als de laatste verdedigingslinie werden beschouwd.
Antibioticaresistente (antibioticaresistente) bacteriën doden ongeveer één procent van de mensen die ze infecteren, zelfs in ontwikkelde landen. En als dit wordt genegeerd, zullen ze elk jaar vijf keer meer mensen doden.
"Veel dingen die we momenteel als vanzelfsprekend beschouwen, zoals een keizersnede, of heupprothese of orgaantransplantaties zonder antibiotica, zullen erg moeilijk worden", zegt François Franceschi, programmamanager voor therapeutische ontwikkeling op de afdeling bacteriologie en mycologie van het National Institute of Allergy en infectieziekten.
Mensen met een verzwakt immuunsysteem zijn bijzonder kwetsbaar, maar in de post-antibiotische wereld loopt iedereen zonder uitzondering gevaar.
"Mensen zeggen dat antibiotica ons in het post-antibioticum-tijdperk niet langer kunnen helpen met zelfs het kleinste krasje", zegt Cesar de la Fuente, een bio-ingenieur aan het Massachusetts Institute of Technology.
Om resistente bacteriën te bestrijden, wenden we ons tot nieuwe bondgenoten, zoals virussen, die alleen bacteriën aanvallen; nanodeeltjes en kleine eiwitten die worden geproduceerd door het immuunsysteem van verschillende organismen. Elke tool heeft zijn eigen voor- en nadelen, daarom bestuderen wetenschappers verschillende benaderingen.
"Veel mensen in het veld zijn momenteel op zoek naar alternatieve strategieën om aan ons arsenaal toe te voegen", zegt Timothy Lu, ook bij MIT. "Het is niet zo dat ze allemaal hun eigen zilveren kogel proberen uit te vinden die ons de rest van ons leven van bacteriën zal redden, maar eerder het probleem vanuit verschillende invalshoeken bestuderen."
Promotie video:
Hier zijn enkele manieren waarop we ons kunnen helpen met het omgaan met ongewenste bacteriën.
Ontwapen de indringers
Bacteriën hoeven niet altijd te worden gedood om te neutraliseren. Sommige behandelingen richten zich indirect op ziektekiemen door ze hun wapens te ontnemen. De bacteriën zullen aanwezig zijn, maar de gevolgen van een infectie zullen niet ernstig zijn en het immuunsysteem krijgt de kans om de infectie zelf te bestrijden.
Als uw medicijn bacteriën niet echt doodt, zullen ze minder geneigd zijn om er resistentie tegen op te bouwen. Het zal langer duren voordat resistentie zich ontwikkelt omdat de bacteriën het medicijn niet actief bestrijden, zegt Franceschi.
Veel bacteriën geven gifstoffen af die de gastheercellen beschadigen. Een van de meest voorkomende soorten gifstoffen wordt porievorming genoemd, die gaten in cellen doorboort. Het wordt geïsoleerd door methicilline-resistente Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Listeria, miltvuurbacteriën en
Liangfang Zhang ontdekte hoe hij deze gifstoffen kon elimineren. "Als je de wapens wegneemt, worden ze veel zwakker", zegt Zhang, een nano-ingenieur aan de University of California, San Diego. Het bedekt de nanodeeltjes met een zoet doelwit: membranen die bestaan uit rode bloedcellen. De rode bloedcel fungeert als een lokvogel en zuigt gif op dat anders gezonde cellen zou aanvallen. "Het is als een spons die gifstoffen opzuigt", legt Zhang uit.
In zijn eerste onderzoek toonde hij aan dat nanosponzen gifstoffen opnemen zonder de muizen te schaden. Zhangs werk met nanodeeltjes als lokaas dit jaar was een van de 24 projecten die werden gefinancierd door de National Institutes of Health. Hij hoopt al volgend jaar klinische proeven bij mensen te starten.
Nanodeeltjes, die vaak zijn gemaakt van plastic of metalen zoals zilver, kunnen bacteriën ook verzwakken door hun beschermende celmembranen te vernietigen of DNA-schade te veroorzaken. Nanodeeltjes zijn gemakkelijk om mee te werken omdat ze zichzelf opbouwen. "Je regelt de temperatuur, het oplosmiddel en al het andere, en deze moleculen assembleren zichzelf tot een nanodeeltje", zegt Zhang.
Nanodeeltjes kunnen duurder zijn dan traditionele antibiotica. En om ze op de juiste plek in het lichaam te krijgen, kan ook een uitdaging zijn. Een andere uitdaging is ervoor te zorgen dat de nanodeeltjes zijn gemaakt van materialen die niet onmiddellijk een immuunrespons opwekken, en na verloop van tijd afbreken, zodat ze zich niet in het lichaam ophopen.
Er blijven vragen over de veiligheid van sommige van deze dingen op de lange termijn, zegt Lou.
Speciale bezorging
Alternatieve behandelingen kunnen worden toegepast om bestaande antibiotica effectiever te maken. Wetenschappers bestuderen nu bijvoorbeeld hoe nanodeeltjes kunnen worden gebruikt om antikankermedicijnen en antibiotica af te leveren.
Antibiotica worden door het hele lichaam verspreid en zijn in hoge doses giftig. Met behulp van nanodeeltjes konden geconcentreerde doses medicijnen worden vrijgegeven. Duizenden medicijnmoleculen kunnen in een enkel nanodeeltje worden geschoven.
"Ze kunnen zich eenvoudig aan het membraan hechten en de medicijnen geleidelijk rechtstreeks op de bacteriën afgeven", zegt Zhang. Bijgevolg zou een meer effectieve lading nauwkeuriger kunnen worden gericht zonder de totale dosis van het medicijn te verhogen. Op deze manier zou het mechanisme van bacteriële resistentie kunnen worden onderdrukt - ze zouden eenvoudigweg geen resistentie ontwikkelen tegen puntwerkende antibiotica.
Het probleem met nanodeeltjes is, net als veel andere tools, dat het immuunsysteem ze als een bedreiging ziet. “Ze lijken qua grootte erg op virussen. Ons lichaam zal leren zichzelf te verdedigen tegen deze nanodeeltjes, of virussen, als je ze niet beschermt."
Zhang en zijn collega's hebben nanodeeltjes gecamoufleerd in jassen gemaakt van bloedplaatjesmembranen, de cellen die helpen bij de bloedstolling. Van de zijkant lijken de nanodeeltjes op deze miniatuurbloedcellen. Sommige bacteriën worden aangetrokken door bloedplaatjes - met hun hulp worden ze gemaskeerd voor het immuunsysteem. Met bloedplaatjes omhulde nanodeeltjes kunnen twee keer spelen en indringers rekruteren om ze met een medicijn tot ontploffing te brengen.
Alle nanodeeltjes zullen medicijnen afgeven in aanwezigheid van bacteriën, zegt Zhang. Met behulp van met plaatjes beklede deeltjes heeft hij al muizen genezen die waren geïnfecteerd met de multi-antibioticaresistente stam van MRSA.
Directe aanval
Soms helpen halve maatregelen echter niet. Er zijn alternatieven voor traditionele antibiotica die bacteriën kunnen doden. Een strategie is om kunstmatige versies van antimicrobiële peptiden (AMP's) te maken, die deel uitmaken van de aangeboren immuunrespons in microben, planten en dieren (zoals de Tasmaanse duivels). Deze componenten vallen het membraan van de ziekteverwekker aan en veroorzaken grote schade in de cel.
Als onderdeel van een recent project werkte de la Fuente samen met Lou en anderen om een niet-giftige AMP te selecteren die wordt aangetroffen in eenvoudige zeedieren, manteldieren genaamd. De wetenschappers voegden verschillende aminozuren toe aan de basisinstelling, waardoor het beter in staat was muizen te behandelen die waren geïnfecteerd met antibioticaresistente stammen van E. coli of MRSA. Versterkt AMP versterkt ook het immuunsysteem van het knaagdier, vermindert ontstekingen en roept op tot hulp in de vorm van witte bloedcellen.
Antimicrobiële peptiden kunnen een breed scala aan ziekteverwekkers verslaan en het is moeilijk voor bacteriën om er resistentie tegen te ontwikkelen. "In vergelijking met conventionele antibiotica zijn deze peptiden in veel gevallen effectiever", zegt de la Fuente.
AMP's zijn opgebouwd uit relatief korte ketens van aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Daarom zijn ze vrij eenvoudig (hoewel duur) om te bouwen. "We moeten de kosten nog verlagen", zegt de la Fuente. Wetenschappers onderzoeken manieren om AMP's goedkoper te maken door microben te programmeren, zodat ze niet afhankelijk zijn van een machine en de microben het zelf laten doen.
Desalniettemin zijn er zorgen dat AMP de cellen van de gastheer kan aanvallen. En zoals bij veel antibiotica-alternatieven, kan het een uitdaging zijn om peptiden in een voldoende hoge concentratie naar de juiste plaats te sturen om effectief te blijven. Op korte termijn is lokale toepassing waarschijnlijker, zei de la Fuente. Deze peptiden kunnen bijvoorbeeld worden verwerkt in een crème die kan worden aangebracht op een open wond of op de plaats van een infectie op de huid. Ze kunnen ook worden gebruikt om tafels, computers, chirurgische instrumenten of katheters te bedekken om te voorkomen dat ziektekiemen ze koloniseren.
Opnieuw sensibiliseren
Een andere manier om bacteriën te verzwakken, is door ze te ontdoen van de resistentie die ze tegen antibiotica hebben ontwikkeld. Voor dergelijke missies zouden virussen kunnen worden gebruikt die gespecialiseerd zijn in het eten van bacteriën, bacteriofagen.
Bacteriofagen zijn buitengewoon effectieve moordenaars van bacteriën, maar door genetische manipulatie zouden wetenschappers ze nieuwe vaardigheden kunnen geven, waaronder het herstellen van de gevoeligheid van bacteriën voor traditionele medicijnen.
Opnieuw geprogrammeerde bacteriofagen kunnen geobsedeerd raken door bacteriën die genen dragen die antibioticaresistentie verlenen, dit vermogen verwijderen of bacteriën doden. Wanneer de resistente microben worden vernietigd of onschadelijk worden gemaakt, zal de resterende populatie kwetsbaar zijn voor antibiotica.
Een andere methode waarmee bacteriën antibiotica kunnen weerstaan, is door verbindingen af te scheiden die een biofilm creëren waardoor het medicijn niet kan doordringen. Het is mogelijk om bacteriofagen te maken die biofilm opeten.
In de natuur kunnen bacteriofagen bacteriën direct doden. Sommigen van hen stoppen hun DNA in bacteriën en om zichzelf te bevrijden, eten ze gewoon door de celwand en blazen de cel op, zegt Lu. Anderen werken als parasieten.
Bacteriofagen werden ongeveer honderd jaar geleden ontdekt. Antibiotica hebben ze vervangen in de Verenigde Staten, maar ze worden nog steeds gebruikt in Rusland en in sommige Oost-Europese landen. Naarmate antibiotica-resistente bacteriën groeien, wenden wetenschappers zich weer tot bacteriofagen - ze zijn net zo effectief bij de behandeling van mensen, alleen klinische onderzoeken hebben dit nog niet bevestigd.
Een van de voordelen van deze virussen is dat ze zichzelf kunnen vermenigvuldigen. Je kunt maar een kleine hoeveelheid toevoegen en veel bacteriën doden. En omdat ze levende cellen nodig hebben om zich voort te planten, stoppen ze met reproduceren zodra alle cellen van de gastheer vernietigd zijn.
Net als andere alternatieven kunnen bacteriofagen echter een reactie van het immuunsysteem veroorzaken. "Als je een virus of vreemd peptide in het menselijk lichaam injecteert, is er altijd een kans dat er een reactie volgt", zegt Lu. Een andere zorg is dat sommige fagen genen kunnen oppikken die verband houden met antibioticaresistentie en deze doorgeven aan andere bacteriën.
Maar het is onwaarschijnlijk dat ze menselijk weefsel beschadigen. Bacteriofagen vermenigvuldigen zich niet in menselijke cellen. We hebben een hoop bacteriofagen in ons - het is moeilijk te zeggen dat ze vreemden voor ons zijn.
Persoonlijk contact
Er kunnen verschillende alternatieve behandelingen worden afgestemd op specifieke ziektekiemen. Ook hier zijn bacteriofagen ideale kandidaten. "Ze zijn in wezen de natuurlijke vijand van bacteriën", zegt Lu. Meestal "als je bacteriën vindt, vind je ook bacteriofagen".
Traditionele antibiotica doden bacteriën vaak zonder onderscheid - ook in het natuurlijke microbioom van ons lichaam, dat een belangrijke rol speelt in onze gezondheid. Het is een tapijtbombardement dat alles doodt.
Virussen bieden een meer persoonlijke benadering. "Je kunt proberen de goede bacteriën te behouden terwijl je de slechte bacteriën doodt", zegt Lu.
Deze specificiteit is echter ook een tweesnijdend zwaard. Om een voldoende aantal verschillende bacteriën te bedekken die een patiënt kunnen infecteren, zullen veel virussen in de cocktail moeten worden gemengd. Hoewel bacteriofagen niet erg duur zijn om te kweken, zijn cocktails van verschillende virussen een heel andere zaak.
Lou werkt aan cocktails van bacteriofagen gebouwd in veilige bossen. Door het gebied te bepalen dat de bacteriofagen moeten infecteren, kun je verschillende bacteriën aanvallen, de bacteriofagen in verschillende richtingen sturen. Het blijft alleen om erachter te komen hoe het moet.
Hoe het ook zij, het is moeilijk om een effectief medicijn te maken zonder te weten wat de infectie veroorzaakt. Als u naar uw arts gaat, kan hij u geen smalspectrumbehandeling geven als hij niet weet welke bacteriën u dwars zitten.
Artsen hebben snellere diagnostische methoden nodig, zodat ze kunnen achterhalen welk type doelbacteriën ze hebben en hoe resistent ze zijn tegen traditionele antibiotica. Lu en zijn collega's werken aan snelle, goedkope diagnostiek. Wanneer ze hun doelwitbacteriën infecteren, verlichten ze het met hetzelfde eiwit dat vuurvliegjes gebruiken. Geef het bacteriofaagmonster gewoon aan de patiënt en "je kunt zien of het monster gloeit of niet, er zitten bacteriën in of niet", zegt Lu.
Breed arsenaal
Dit zijn niet alle wapens die we aan ons arsenaal toevoegen. Wetenschappers onderzoeken andere opties, zoals het sturen van andere bacteriën om ziekteverwekkers te bestrijden, nieuwe antibiotica te vinden en antilichamen te gebruiken, en meer.
"Je kunt nauwelijks vertrouwen op één methode of één technologie om het hele probleem op te lossen", zegt Zhang. Het bestuderen van superbugs vanuit verschillende invalshoeken, waarbij nieuwe tactieken en traditionele behandelmethoden worden gecombineerd, zal ons arsenaal uitbreiden.
Het zal enkele jaren duren voordat nieuwe instrumenten worden goedgekeurd voor wijdverbreid gebruik. En voor een tijdje zullen alternatieve antimicrobiële methoden alleen worden gebruikt als antibiotica niet meer werken. De lage prijs en effectiviteit van antibiotica is de belangrijkste reden waarom ze moeilijk te weigeren zijn. Maar op de lange termijn is dit de enige optie.
ILYA KHEL
