Per definitie, antibiotica doden bacteriën. Hoe dan ook, Delftse onderzoekers zijn erin geslaagd bacteriën te manipuleren om veelbelovende hoeveelheden van een eenvoudig carbapenem-antibioticum te produceren. Carbapenem-antibiotica zijn effectief tegen veel bacteriën en worden meestal alleen gebruikt als andere antibiotica niet werken. Ze worden momenteel alleen synthetisch geproduceerd – een duur proces dat ook leidt tot chemisch afval. Dit onderzoek suggereert dat door bacteriën te gebruiken als "levende fabrieken, " carbapenems kunnen ook biologisch worden geproduceerd.

Antibiotica zijn overal om ons heen. Als je een handvol aarde uit een willekeurige tuin opgraaft, het bevat waarschijnlijk een antibioticum dat nog onbekend is. Microben produceren van nature kleine hoeveelheden bacteriedodende verbindingen om zichzelf te beschermen tegen andere microben. Helaas, we zijn niet in staat om veel van de antibiotica te produceren die in de natuur voorkomen, bijvoorbeeld omdat de organismen die ze produceren niet in het laboratorium of in een vergister zullen groeien.

Groeiende weerstand

Nutsvoorzieningen, veel van onze huidige antibiotica worden minder effectief. Bacteriën die resistent zijn tegen vele families van antibiotica verspreiden zich snel. Een van de laatste effectieve antibiotica zijn de zogenaamde carbapenems. "Deze antibiotica verstoren de vorming van de celwand, waardoor de bacteriën uiteindelijk exploderen, " legt onderzoeker Helena Shomar uit, die het project leidde.

Echter, carbapenems hebben ook hun nadelen. Bijvoorbeeld, ze kunnen niet worden geproduceerd door microbiële fermentatie, maar alleen via synthetische chemie. Als resultaat, carbapenems zijn duur, en de ontwikkeling van nieuwe varianten is beperkt. "De synthetische productie van carbapenems is ook slecht voor het milieu, aangezien u aan het einde van het proces met chemisch afval achterblijft, ", voegt groepsleider Greg Bokinsky toe.

Microbiële fabrieken

De Delftse onderzoekers bedachten een contra-intuïtieve oplossing voor deze problemen. Ze ontwikkelden E. coli-bacteriën om auto, een relatief eenvoudig carbapenem-antibioticum. "Om dat te doen, we hebben de weinige genen geleend waarvan bekend is dat ze verantwoordelijk zijn voor de productie van Car van een andere bacterie genaamd P. carotovorum, " zegt Shomar. "We hebben deze genen vervolgens in E. coli geïntroduceerd."

De introductie van de Car-genen in E. coli resulteerde in de bacteriën die het antibioticum produceerden, maar alleen in kleine hoeveelheden. Shomar:"Om te bewijzen dat deze aanpak uiteindelijk de massaproductie van carbapenems mogelijk zou kunnen maken, we hadden onze E. coli nodig om meer te genereren."

Er waren twee extra stappen nodig om de productie te verhogen. Het belangrijkste knelpunt was een inefficiënt enzym. De onderzoekers introduceerden een extra gen in E. coli om een ​​eiwit te produceren dat dit enzym helpt actiever te worden.

Een andere beperking waren de toxische effecten van het antibioticum op de gemanipuleerde E. coli-bacteriën. Ze produceerden zoveel auto dat de bevolking heel snel begon te sterven. Om de dood van de microben zoveel mogelijk uit te stellen, de onderzoekers maakten ze kunstmatig persistent. "Persistente bacteriën groeien niet, waardoor ze langer kunnen overleven in de aanwezigheid van deze antibiotica, " legt Shomar uit. Door de techniek bleven de bacteriën iets langer productief, waardoor ze meer auto kunnen genereren.

De gemanipuleerde E. coli is een proof of concept. "Zelfs als het idee contra-intuïtief klinkt, ons onderzoek suggereert dat E. coli het potentieel heeft om carbapenems te produceren, ' zegt Shomar.

De hoeveelheid carbapenem gemaakt door de gemanipuleerde E. coli - ongeveer 54 milligram per liter - is inderdaad veelbelovend, maar niet genoeg voor massaproductie. "Echter, met een handvol extra stappen, we kunnen deze methode misschien gebruiken om complexere carbapenems te produceren, in hoeveelheden die compatibel zijn met massaproductie, ', zegt Bokinsky.

En hoe lang duurt het voordat deze aanvullende stappen worden genomen? "Ongeveer vijf tot tien jaar zou mijn optimistische schatting zijn, " zegt Bokinsky. "Maar om dit te laten gebeuren, een team van ongeveer 10 onderzoekers die parallel zouden werken, zou er fulltime aan moeten werken."