Combating antimicrobial resistance with lipopeptide biosurfactant produced by newly isolated Bacillus stercosis NT5 and Bacillus subtilis NT5

Decennialang vertrouwde de wereld op een krachtig arsenaal aan medicijnen genaamd antibiotica om infecties te genezen die ooit miljoenen mensen doodden. Deze medicijnen werkten door specifieke onderdelen van de machinerie van een bacterie aan te vallen, zoals de manier waarop ze hun genetische code kopiëren of hun eiwitten opbouwen. Bacterië zijn echter onvermoeibare overlevers. In de loop van de tijd leerden ze hun eigen interne structuren te veranderen om deze aanvallen te ontwijken, waardoor de oude medicijnen nutteloos werden. Dit groeiende probleem, bekend als antimicrobiële resistentie, heeft artsen met minder middelen achtergelaten om gevaarlijke infecties te bestrijden, met name door een groep hardnekkige bacteriën die de standaardbehandelingen kunnen passeren. De zoektocht naar een nieuwe oplossing heeft zich gericht op de natuur zelf, specifiek op een klasse stoffen genaamd biosurfactanten. In tegenstelling tot traditionele antibiotica, die interne processen aanpakken, werken deze natuurlijke verbindingen als een detergent dat de buitenste schil van de bacterie aanvalt. Omdat de buitenste schil een fundamenteel onderdeel is van de celstructuur, is het voor de bacteriën veel moeilijker om deze te veranderen en de aanval te ontwijken.

In een recente studie onderzochten onderzoekers van het Motilal Nehru National Institute of Technology in Allahabad, India, dit natuurlijke verdedigingsmechanisme met behulp van twee specifieke soorten bacteriën die ze onlangs uit de omgeving hadden geïsoleerd. Deze bacteriën, geïdentificeerd als Bacillus stercosis en Bacillus subtilis, bleken hun eigen unieke reinigingsmiddelen te produceren, die de wetenschappers LPA2 en LPA3 noemden. Het team zette zich in om te zien of deze nieuwe agentia de beschermende wanden van enkele van de meest hardnekkige ziekteverwekkende bacteriën, waaronder Staphylococcus aureus en Pseudomonas aeruginosa, konden afbreken. Om dit te testen, kweekten ze de bacteriën in gecontroleerde omgevingen en introduceerden ze de nieuwe agentia, waarbij ze nauwlettend observeerden of de schadelijke bacteriën zouden sterven. Ze gebruikten verschillende methoden om een duidelijk beeld te krijgen: één methode mat hoe troebel de vloeistof werd, een andere gebruikte een speciale lichtgevende kleurstof om alleen de dode cellen te tellen, en een derde hield in om de bacteriën op platen te kweken om de overlevers te tellen. Ze gebruikten ook een krachtige microscoop om hoogresolutiebeelden van de bacteriën te maken vóór en na de behandeling om precies te zien wat er met hun fysieke structuur gebeurde.

De resultaten toonden aan dat deze nieuwe agentia zeer effectief waren, maar dat ze het best werkten tegen specifieke soorten bacteriën. Het agens van Bacillus stercosis, LPA2 genoemd, bleek een krachtig wapen te zijn tegen Staphylococcus aureus, een veelvoorkomende oorzaak van huid- en bloedinfecties. Wanneer de bacteriën met dit agens werden behandeld, werd hun buitenste membraan aangetast, waardoor de cellen barstten en stierven. De onderzoekers ontdekten dat een zeer kleine hoeveelheid van de stof voldoende was om de groei van de bacteriën te stoppen, waarbij de meest effectieve concentratie 0,647 milligram per milliliter was. Op dezelfde manier toonde het agens van Bacillus subtilis, LPA3 genoemd, een opmerkelijke kracht tegen Pseudomonas aeruginosa, een bacterie die bekend staat om het veroorzaken van ernstige infecties in ziekenhuizen. Dit agens was zelfs krachtiger tegen zijn doelwit en had slechts 0,323 milligram per milliliter nodig om de groei van de bacteriën effectief te stoppen. In beide gevallen bevestigden de microscopische beelden dat de bacteriën niet alleen verzwakt waren, maar fysiek uit elkaar werden gereten, waarbij hun beschermende huiden instortten en hun binnenkant eruit stroomde.

Wat deze ontdekking bijzonder significant maakt, is hoe deze agentia verschillen van de antibiotica waar mensen aan gewend zijn. Traditionele medicijnen proberen vaak de interne functies van de bacteriën te stoppen, wat de bacteriën de ruimte geeft om uiteindelijk resistentie te ontwikkelen. In contrast hiermee werken deze nieuwe biosurfactanten als een oplosmiddel dat de barrière die de bacterie in leven houdt, oplost. Omdat de buitenste membraan een basisstructuur is, kunnen de bacteriën deze niet gemakkelijk veranderen om de aanval te vermijden. De studie merkte ook op dat hoewel deze agentia zeer effectief waren tegen de doelgerichte bacteriën, ze niet goed werkten tegen een ander type bacterie genaamd Paenibacillus thiaminolyticus, wat suggereert dat deze natuurlijke reinigers selectief zijn in wie ze aanvallen. De onderzoekers vergeleken hun bevindingen met eerdere studies en stelden vast dat hun nieuwe agentia bij veel lagere concentraties werkten dan sommige andere bekende natuurlijke reinigers, wat hen potentieel efficiënter maakt.

De studie concludeert dat deze nieuw ontdekte stoffen een veelbelovend pad bieden in de strijd tegen resistente infecties. Door gebruik te maken van het natuurlijke vermogen van bepaalde bacteriën om deze membraanvernietigende agentia te produceren, hebben wetenschappers mogelijk een nieuwe manier gevonden om de resistentie te omzeilen die de oude medicijnen heeft doen falen. De beelden van de vernietigde bacteriën dienen als een scherpe herinnering aan de fysieke kracht die deze agentia uitoefenen. Hoewel er meer werk nodig is om deze bevindingen naar de klinische praktijk te brengen, laat het onderzoek zien dat de natuur nog steeds krachtige instrumenten bezit die kunnen worden ingezet om de menselijke gezondheid te beschermen. Het vermogen van LPA2 en LPA3 om de verdediging van enkele van de meest gevaarlijke bacteriën ter wereld fysiek te ontmantelen, suggereert dat de volgende generatie medicijnen minder zal lijken op een chemische sleutel en meer op een natuurlijke kracht van ontbinding.