In Vitro Antimicrobial, Antibiofilm and Hemolytic Activity of Nisin Against Staphylococcus aureus Isolates from Bovine Mastitis: a Brief Report

In de wereld van de zuivelveehouderij vormt de gezondheid van de uier van een koe het fundament van de melkproductie. Wanneer bacteriën dit gevoelige weefsel binnendringen, veroorzaken ze een pijnlijke en kostbare aandoening die mastitis wordt genoemd. Onder de vele bacteriën die deze infectie kunnen veroorzaken, is Staphylococcus aureus een bijzonder hardnekkige vijand. Dit micro-organisme staat bekend om twee redenen: het heeft geleerd te verkeren tegen veel gangbare medicijnen, en het bouwt een beschermend schild om zich heen dat een biofilm wordt genoemd. Deze biofilm fungeert als een fort, waardoor de bacteriën zich kunnen verschuilen voor behandelingen en in het lichaam van de koe kunnen blijven voortbestaan, wat vaak leidt tot chronische ziekte en verminderde melkkwaliteit. Decennialang hebben boeren vertrouwd op antibiotica om deze infecties te bestrijden, maar de stijgende golf van resistentie heeft deze medicijnen minder effectief gemaakt, wat een dringende behoefte creëert aan nieuwe manieren om zowel de diergezondheid als de zuivelindustrie te beschermen.

Wetenschappers kijken nu naar de natuur voor oplossingen, specifiek naar een stof genaamd nisine. Nisine is een natuurlijk peptide, een kleine keten van aminozuren geproduceerd door bepaalde bacteriën die fungeert als een wapen tegen andere bacteriën. Het staat al lang bekend als veilig voor gebruik in voedsel, maar onderzoekers wilden weten of het ook als een krachtig middel tegen de specifieke stammen van S. aureus die zuivelkoeien teisteren, zou kunnen dienen. Een team onderzoekers uit Brazilië besloot dit idee in een laboratoriumsetting te testen. Ze verzamelden vijfentwintig verschillende monsters van de bacteriën, afgenomen van koeien die leden aan mastitis, om te zien of nisine hun groei kon stoppen, hun beschermende biofilms kon afbreken, en dit kon doen zonder de eigen bloedcellen van de koe te beschadigen.

De onderzoekers begonnen door te controleren hoe resistent deze bacterie-monsters waren tegen standaard antibiotica. De resultaten bevestigden een verontrustende trend: de bacteriën waren zeer resistent tegen de meest voorkomende klasse van medicijnen die worden gebruikt om hen te behandelen, bekend als bèta-lactamen. Geen van de monsters reageerde op penicilline, ampicilline of oxacilline. De bacteriën waren echter nog wel kwetsbaar voor andere soorten antibiotica, zoals gentamicine en bepaalde fluoroquinolonen. Dit bevestigde dat hoewel sommige traditionele medicijnen nog steeds werken, de bacteriën steeds moeilijker te behandelen zijn met de gebruikelijke opties, wat de noodzaak voor alternatieve benaderingen onderstreept.

Vervolgens testte het team de kracht van nisine tegen deze resistente bacteriën. Ze ontdekten dat nisine effectief was in het stoppen van de groei van elk monster dat ze hadden getest. Om dit te meten, bepaalden ze de laagste hoeveelheid nisine die nodig was om de vermenigvuldiging van de bacteriën te stoppen, een waarde die de minimale remmende concentratie wordt genoemd. Voor de meeste bacteriën was deze hoeveelheid vrij laag, wat betekende dat een kleine dosis genoeg was om de groei te stoppen. Nog belangrijker was dat ze ontdekten dat nisine de bacteriën niet alleen de groei beëindigde, maar ze ook daadwerkelijk doodde. In het laboratorium was de hoeveelheid nisine die nodig was om de bacteriën te doden slechts iets hoger dan de hoeveelheid die nodig was om hun groei te stoppen, wat aangeeft dat de stof een krachtige doder is van deze specifieke ziektekiemen.

De studie richtte zich vervolgens op de biofilms, de beschermende schilden die deze infecties zo moeilijk te genezen maken. De onderzoekers ontdekten dat tachtig procent van de bacterie-monsters in staat was om deze biofilms te vormen, waarbij sommige ze zeer sterk produceerden. Wanneer ze nisine aan de mix toevoegden voordat de biofilms konden vormen, verminderde de stof de hoeveelheid slijm die de bacteriën produceerden drastisch. Het was zeer effectief in het voorkomen dat het fort überhaupt werd gebouwd. Wanneer ze probeerden nisine te gebruiken om biofilms te vernietigen die al gevormd waren, waren de resultaten bescheidener. De stof was in staat om sommige van de bestaande structuren gedeeltelijk af te breken, maar het wist ze niet volledig weg te vagen. Dit suggereert dat nisine het beste kan worden gebruikt als een preventieve maatregel of een vroege interventie, om de infectie te stoppen voordat de bacteriën hun verdediging opbouwen.

Ten slotte moesten de onderzoekers ervoor zorgen dat deze nieuwe behandeling geen schade zou toebrengen aan de koeën zelf. Ze testten of nisine rode bloedcellen zou beschadigen, een proces dat hemolyse wordt genoemd, wat zou duiden op toxiciteit. De resultaten toonden aan dat nisine veilig is bij de concentraties die nodig zijn om de bacteriën te doden. Op de niveaus die vereist waren om de S. aureus te stoppen en te doden, veroorzaakte de stof bijna geen schade aan de bloedcellen. Pas wanneer de concentratie aanzienlijk werd verhoogd, begonnen de bloedcellen af te breken. Dit creëert een veilige marge waarbij het medicijn de infectie kan bestrijden zonder het dier te schaden.

De bevindingen van deze studie suggereren dat nisine grote belofte inhoudt als een nieuw hulpmiddel voor het beheer van mastitis bij zuivelvee. Het biedt een manier om bacteriën te bestrijden die resistent zijn geworden tegen traditionele antibiotica en kan de vorming van de beschermende biofilms voorkomen die infecties chronisch maken. Hoewel het mogelijk niet in staat is om een volledig gevestigde biofilm volledig op te lossen, maakt het vermogen om de bacteriën te doden en de vorming van hun verdediging in de vroege stadia van de infectie te stoppen, het een sterke kandidaat voor toekomstige behandelingen. Door een veilig en effectief alternatief te bieden, kan nisine boeren helpen deze wijdverspreide ziekte te beheersen, de dierenwelzijn te beschermen en de kwaliteit van de melkproductie te waarborgen.