Afstervende bacteriën helpen soortgenoten overleven bij antibiotica
- prof.dr. JAGM (Arjan) de Visser
- Persoonlijk hoogleraar
Bacteriën verdedigen zich niet alleen als losse cellen tegen antibiotica, maar ook als populatie. Dat blijkt uit onderzoek van Wageningen University & Research (WUR) en de University of Cologne. De onderzoekers laten zien dat afstervende E. coli-cellen enzymen vrijmaken die antibiotica afbreken. Daarmee dragen zij bij aan het herstel van de overblijvende bacteriepopulatie. Het onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.
Antibiotica worden al ongeveer honderd jaar gebruikt in de medische zorg. Ze hebben de behandeling van bacteriële infecties sterk verbeterd. Tegelijkertijd is antibioticumresistentie uitgegroeid tot een wereldwijd probleem. Veel antibiotica zijn bovendien veel ouder dan hun medische toepassing. Stoffen zoals penicilline zijn in de loop van de evolutie ontstaan bij bacteriën en andere micro-organismen. Ook veel mechanismen waarmee bacteriën zich tegen antibiotica verdedigen, bestaan vaak al miljoenen jaren. In de nieuwe studie onderzochten wetenschappers van WUR en de University of Cologne hoe bacteriën van de soort Escherichia coli zich verdedigen tegen bèta-lactamantibiotica. Dit is de meest gebruikte groep antibiotica, waartoe onder meer penicilline behoort.
Enzym maakt antibioticum onschadelijk
De onderzochte bacteriën maken het enzym bèta-lactamase aan. Dit enzym breekt bèta-lactamantibiotica chemisch af, waardoor het antibioticum zijn werking verliest.
Mede-projectleider Arjan de Visser van het Laboratorium voor Erfelijkheidsleer in Wageningen: “In de experimenten zagen we dat bacterieculturen na blootstelling aan het antibioticum na een korte groeifase begonnen af te sterven. Na enige tijd herstelde de populatie zich echter en groeiden de bacteriën weer verder (figuur 1). Dat herstel begon zodra de concentratie van het antibioticum door de werking van bèta-lactamase was gedaald tot onder een bepaalde drempel.”
De onderzoekers tonen aan dat de antibioticumconcentratie op twee manieren daalt. Levende bacteriën kunnen het antibioticum opnemen via hun celmembraan en het binnen in de cel afbreken. Daarnaast komen bèta-lactamasemoleculen vrij in de omgeving wanneer bacteriecellen afsterven. Ook deze vrijgekomen enzymen breken het antibioticum af.
Uit de kwantitatieve analyse blijkt dat deze tweede route een belangrijke bijdrage levert. Het afsterven van een deel van de bacteriën helpt dus om de omgeving minder schadelijk te maken voor de overblijvende bacteriën. De Visser: “Dit is een vorm van collectief overlevingsgedrag: individuele cellen gaan verloren, maar dragen daarmee bij aan de overleving van de populatie.”
Figuur 1: Groeicurves (op basis van optische dichtheid, OD) van E. coli populaties in aanwezigheid van oplopende concentraties van het antibioticum cefotaxime (van licht naar donker). Met toenemende antibioticumconcentratie gaat monotone groei over in complexe groei, met een korte groeifase, gevolgd door sterfte en erna herstel van de populatie. Het herstel wordt met name veroorzaakt door afbraak van cefotaxime door het beta-lactamase AmpC, dat vrijkomt tijdens sterfte.
Verschillen tussen bacteriestammen
De studie laat ook zien dat niet alle bacteriepopulaties op dezelfde manier reageren. De onderzoekers vergeleken twee verschillende stammen van E. coli. Bij deze stammen verschilt sterk hoeveel het afsterven van cellen bijdraagt aan de afbraak van het antibioticum.
Dat verschil is belangrijk, omdat het ook invloed kan hebben op de werking van bèta-lactamaseremmers. Deze middelen worden nu al gebruikt in combinatie met antibiotica. Ze remmen het enzym bèta-lactamase, maar werken vooral buiten intacte bacteriecellen. Populaties waarin vrijgekomen bèta-lactamase een grotere rol speelt, zijn daardoor naar verwachting gevoeliger voor zulke remmers.
Relevantie voor antibioticaresistentie
Een beter begrip van collectieve overlevingsmechanismen bij bacteriën is belangrijk om antibiotica zo effectief mogelijk te blijven gebruiken. De studie laat zien dat bacteriën niet alleen als individuele cellen reageren op antibiotica. Ook processen op populatieniveau bepalen hoe goed een bacteriecultuur zich kan herstellen na blootstelling aan antibiotica.
Dit inzicht kan helpen om beter te begrijpen wanneer combinaties van antibiotica en bèta-lactamaseremmers effectief zijn. Daarmee draagt het onderzoek bij aan fundamentele kennis over antibioticaresistentie en de zoektocht naar betere behandelstrategieën.
Lees de wetenschappelijke publicatie in PNAS.
Heeft u een vraag?
Heeft u een vraag rondom dit onderwerp of ziet u kansen om met ons samen te werken? Neem dan contact op met onze expert.
