Noordelijke IJszee blijkt een potentiële schat aan nieuwe medicijnen

Wetenschappers hebben nieuwe stoffen ontdekt in bacteriën in de Noordelijke IJszee die antibioticaresistente infecties kunnen bestrijden en de weg vrijmaken voor de volgende generatie medicijnen.

Het probleem van antibioticaresistentie en nieuwe kansen

Antibiotica vormen de basis van de moderne geneeskunde; zonder antibiotica zouden het behandelen van infecties en het uitvoeren van operaties extreem riskant zijn. Elk jaar worden we echter geconfronteerd met een groeiend probleem van bacteriële resistentie tegen antibiotica, terwijl het tempo van de ontdekking van fundamenteel nieuwe antibiotica aanzienlijk achterblijft.

Het verkennen van nieuwe habitats

Er is reden voor hoop: 70% van alle goedgekeurde antibiotica is afkomstig van actinobacteriën die in de bodem leven, maar de meeste habitats op aarde zijn nog niet onderzocht. Het zoeken naar nieuwe antibiotica onder actinobacteriën op andere, weinig onderzochte plekken, zoals de Noordelijke IJszee, is een veelbelovende strategie. Vooral als er nieuwe moleculen worden gevonden die bacteriën niet direct doden, maar hun virulentie (ziekteverwekkend vermogen) verminderen. Dit maakt het moeilijker om resistentie te ontwikkelen en verkleint de kans op bijwerkingen.

Geavanceerde screeningmethoden onthullen nieuwe verbindingen

"In onze studie hebben we screening met hoge gevoeligheid (FAS-HCS) en Tir-translocatietests gebruikt om specifiek antivirulente en antibacteriële verbindingen uit extracten van actinobacteriën te identificeren", aldus dr. Päivi Tammela, hoogleraar aan de Universiteit van Helsinki, Finland, en hoofdauteur van de studie gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Microbiology. "We vonden twee verschillende verbindingen: een grote fosfolipide die de virulentie van enteropathogene E. coli (EPEC) remt zonder de groei ervan te beïnvloeden, en een verbinding die de bacteriële groei remt, beide afkomstig van actinobacteriën geïsoleerd uit de Noordelijke IJszee."

Om kandidaat-geneesmiddelen te analyseren, voerde het team een geautomatiseerd screeningsysteem uit dat is ontworpen om te werken met complexe microbiële extracten. De onderzoekers ontwikkelden een nieuwe reeks methoden waarmee ze gelijktijdig de antivirale en antibacteriële effecten van honderden onbekende stoffen konden testen. Ze kozen als doelwit een EPEC-stam die ernstige diarree veroorzaakt bij kinderen jonger dan vijf jaar, met name in ontwikkelingslanden.

Ontdekking van antivirulente en antibacteriële verbindingen

De onderzochte verbindingen zijn verkregen uit vier soorten actinobacteriën, geïsoleerd uit ongewervelden, verzameld in de Noordelijke IJszee voor Spitsbergen tijdens een expeditie van het Noorse onderzoeksschip Kronprinz Haakon in augustus 2020. De bacteriën werden vervolgens gekweekt, de cellen werden geëxtraheerd en de inhoud ervan werd in fracties gescheiden. Elke fractie werd in vitro getest op EPEC-hechting aan colorectale carcinoomcellen.

De onderzoekers ontdekten twee voorheen onbekende verbindingen met verschillende biologische activiteiten: één afkomstig van een onbekende stam (T091-5) van het geslacht Rhodococcus en de andere van een onbekende stam (T160-2) van het geslacht Kocuria. De verbinding van stam T091-5, geïdentificeerd als een grote fosfolipide, vertoonde een krachtig antivirulent effect door de vorming van actinevoetstukken en de binding van EPEC aan de Tir-receptor op het oppervlak van de gastheercel te remmen. De verbinding van stam T160-2 vertoonde sterke antibacteriële eigenschappen en remde de groei van EPEC-bacteriën.

Veelbelovende resultaten en volgende stappen

Gedetailleerde analyse toonde aan dat de fosfolipide van stam T091-5 de bacteriële groei niet remde, wat het een veelbelovende kandidaat maakt voor antivirale therapie omdat het de kans op resistentieontwikkeling verkleint. Tegelijkertijd remde de stof van stam T160-2 de bacteriële groei en zal deze verder worden onderzocht als een potentieel nieuw antibioticum.

HPLC-HR-MS2-methoden werden gebruikt om deze verbindingen te isoleren en te identificeren. Het molecuulgewicht van de fosfolipide was ongeveer 700 en verstoorde de interactie tussen EPEC en gastheercellen. "De volgende stappen omvatten het optimaliseren van de kweekomstandigheden voor de productie van de verbinding en het isoleren van voldoende hoeveelheden van elke verbinding voor verdere karakterisering van hun structuur en biologische activiteit", voegde Tammela eraan toe.