Exploring the therapeutic potential of bacteriocin-producing skin and oral microbiota for combating methicillin-resistant Staphylococcus aureus

In het menselijk lichaam leven enorme gemeenschappen van microscopisch leven op de huid en in de mond. Deze gemeenschappen, bekend als microbiota, zijn niet louter passieve bewoners; ze zijn actieve concurrenten in een drukke omgeving. Om te overleven, produceren veel van deze kleine organismen natuurlijke wapens die bacteriocines worden genoemd. Dit zijn kleine eiwitgebaseerde moleculen die werken als gerichte raketten, ontworpen om rivaliserende bacteriën te doden of hun groei te stoppen wanneer zij het territorium bedreigen. Decennialang hebben wetenschappers naar deze natuurlijke verdedigingsmechanismen gekeken als een potentiële bron van nieuwe medicijnen, vooral omdat veelvoorkomende bacteriën steeds resistenter worden tegen de antibiotica waar de mens het afgelopen eeuw op heeft vertrouwd. Een van de gevaarlijkste van deze resistente bacteriën is methicilline-resistente Staphylococcus aureus, vaak MRSA genoemd. Dit pathogeen kan ernstige infecties veroorzaken die moeilijk te behandelen zijn omdat het veel standaardmedicijnen negeert. De zoektocht naar een nieuwe manier om dit te verslaan, heeft onderzoekers ertoe geleid nauwer te kijken naar de bacteriën die op en in ons leven, in de hoop dat enkele van onze eigen microbiële buren de sleutel kunnen bevatten om deze dreiging te stoppen.

Een team van onderzoekers nam het initiatief om deze mogelijkheid te onderzoeken door de bacteriën te bestuderen die op de huid en in de monden van gezonde mensen leven. Ze verzamelden monsters van verschillende delen van het lichaam, waaronder de vochtige plekken tussen de tenen, de oksels, de knieholtes, de tong en het tandvlees. Uit deze monsters isoleerden ze honderden verschillende bacteriestammen. Hun doel was om te vinden welke stammen bacteriocines produceerden die in staat waren om MRSA aan te vallen. Na het zorgvuldig testen van de bacteriën, ontdekten ze dat zes specifieke stammen van Staphylococcus aureus die in deze gezonde individuen werden gevonden, inderdaad deze antimicrobiële wapens produceerden. Bemonsterd waren deze zes stammen in staat om de groei van twee verschillende klinische isolaten van MRSA te remmen, wat stammen van de bacteriën zijn die uit patiënten in een ziekenhuisomgeving zijn genomen. Deze bevinding suggereert dat zelfs binnen dezelfde soort bacterie, sommige stammen stoffen kunnen produceren die hun gevaarlijkere, medicijnresistente neefjes doden.

Om te begrijpen of deze natuurlijke wapens nuttig zouden kunnen zijn, testten de onderzoekers hoe goed ze standhielden onder verschillende omstandigheden. Ze exposeerden de bacteriocine-extracten aan verschillende niveaus van zuurgraad en hitte, waarbij ze de verschillende omgevingen nabootsten die een medicijn in het lichaam of tijdens opslag zou kunnen tegenkomen. De resultaten toonden aan dat deze bacteriocines stabiel en actief bleven wanneer de temperatuur tussen 25 en 30 graden Celsius lag en wanneer de zuurgraad neutraal was, specifiek bij een pH tussen 6,5 en 7. Echter, wanneer de onderzoekers de extracten behandelden met enzymen die eiwitten afbreken, daalde de activiteit aanzienlijk. Dit bevestigde dat de actieve ingrediënten inderdaad eiwitten waren, zoals verwacht, en dat ze vernietigd konden worden door dezelfde biologische processen die andere eiwitten in het lichaam afbreken.

Het team ging vervolgens over naar een grotere schaal door deze zes veelbelovende bacteriestammen in grote tanks te kweken om genoeg van de bacteriocines te produceren voor verdere tests. Ze zuiverden de actieve delen van het mengsel en verdeelden ze in verschillende fracties om de meest krachtige componenten te vinden. Wanneer ze deze gezuiverde fracties tegen de MRSA-stammen testten, merkten ze dat verschillende van hen de groei van de bacteriën succesvol stopten. De hoeveelheid stof die nodig is om de bacteriën te stoppen, ook wel de minimale inhiberende concentratie genoemd, varieerde van ongeveer 121,8 tot 425 microgram per milliliter. Deze cijfers geven aan dat de bacteriocines effectief waren, hoewel de exacte sterkte varieerde tussen de verschillende stammen en de specifieke MRSA waarmee ze vochten.

Misschien wel het belangrijkste voor een eventueel toekomstig medisch gebruik, controleerden de onderzoekers of deze bacteriocines veilig waren voor menselijke cellen. Ze exposeerden drie verschillende typen menselijke kankercellijnen — die respectievelijk prostaat-, long- en colorectale weefsels vertegenwoordigden — aan de bacteriocine-extracten. Bij een lage concentratie vertoonden de extracten geen tekenen van schade aan de menselijke cellen. Zelfs bij een hogere concentratie was de schade aan de cellen minimaal of varieerde deze op een manier die niet duidde op een brede, gevaarlijke toxiciteit. Dit is een cruciale stap, aangezien het suggereert dat deze natuurlijke wapens in staat kunnen zijn om de slechte bacteriën te doden zonder de goede menselijke cellen te beschadigen die ze bedoeld zijn te beschermen.

De studie concludeert dat de menselijke microbiota een rijke en grotendeelijks onontgonnen bron is van nieuwe antimicrobiële middelen. De zes bacteriocine-producerende stammen die in dit onderzoek zijn geïdentificeerd, tonen een echt vermogen om tegen medicijnresistent MRSA te vechten in een laboratoriumsetting. Hoewel het werk nog geen voltooid geneesmiddel is, biedt het een sterk fundament voor toekomstig onderzoek. De wetenschappers merken op dat deze bevindingen gevolgd moeten worden door studies in levende organismen om te zien hoe de bacteriocines zich gedragen in een volledig biologisch systeem. Voor nu biedt het onderzoek een hoopvolle blik op een mogelijke toekomst waarin de natuurlijke verdediging van ons eigen lichaam ons helpt terug te vechten tegen enkele van de meest hardnekkige infecties.