Staphylococcus aureus bacteriën zijn een belangrijke oorzaak van ernstige infecties die vaak aanhouden ondanks antibioticabehandeling, maar wetenschappers van de UNC School of Medicine hebben nu een manier ontdekt om deze bacteriën veel vatbaarder te maken voor sommige veel voorkomende antibiotica.

De wetenschappers, in een studie gepubliceerd in Cel Chemische Biologie , ontdekte dat het toevoegen van moleculen die rhamnolipiden worden genoemd aminoglycoside-antibiotica kunnen maken, zoals tobramycine, honderden keren krachtiger tegen S. aureus - inclusief de soorten die anders erg moeilijk te doden zijn. De rhamnolipiden maken effectief de buitenmembranen van S. aureus cellen zodat aminoglycosidemoleculen er gemakkelijker in kunnen komen.

"Er is een grote behoefte aan nieuwe manieren om bacteriën te doden die standaard antibiotica verdragen of weerstaan. en met dat doel vonden we dat het veranderen van de membraanpermeabiliteit om de opname van aminoglycoside te induceren een uiterst effectieve strategie is tegen S. aureus , " zei senior auteur Brian Conlon, doctoraat, een assistent-professor in de afdeling microbiologie en immunologie aan de UNC School of Medicine.

De Amerikaanse Centers for Disease Control schatten dat er in 2017 meer dan 119, 000 gevallen van ernstige stafylokokbesmettingen in de Verenigde Staten, waarvan meer dan 20, 000 waren dodelijk.

Standaardbehandelingen voor veel stammen van de S. aureus dood de bacteriën niet, ofwel omdat de bacteriën genetisch specifieke antibioticaresistentie hebben verworven, ofwel omdat ze in het lichaam groeien op een manier die hen inherent minder kwetsbaar maakt. Bijvoorbeeld, S. aureus kan zijn metabolisme aanpassen om te overleven in zuurstofarme zones in abcessen of in de met slijm gevulde longen van mensen met cystische fibrose. In deze omgevingen, de bacteriële buitenwand of membraan wordt relatief ondoordringbaar voor aminoglycosiden, zoals tobramycine.

Conlon en collega's, waaronder eerste auteur Lauren Radlinski, een doctoraat kandidaat in het Conlon laboratorium, gevonden in een onderzoek uit 2017 dat rhamnolipiden de potentie van tobramycine tegen standaard teststammen van S. aureus . Rhamnolipiden zijn kleine moleculen geproduceerd door een andere bacteriesoort, Pseudomonas aeruginosa, en worden beschouwd als een van de natuurlijke wapens van P. aeruginosa tegen andere bacteriën in het wild. Bij hoge doses maken ze gaten in de celmembranen van rivaliserende bacteriën. De UNC-onderzoekers ontdekten dat rhamnolipiden de opname van tobramycinemoleculen aanzienlijk verhogen, zelfs bij lage doses waar ze geen onafhankelijke antibacteriële werking hebben.

In de nieuwe studie Conlon, Radlinski en collega's testten rhamnolipid-tobramycine-combinaties tegen S. aureus populaties die in de gewone klinische praktijk bijzonder moeilijk te doden zijn. De onderzoekers ontdekten dat rhamnolipiden de potentie van tobramycine versterken tegen:

• S. aureus groeien in zuurstofarme niches;
• MRSA (methicilline-resistent) S. aureus ), die een familie van gevaarlijke zijn? S. aureus varianten met genetisch verworven behandelingsresistentie;
• tobramycine-resistent S. aureus stammen geïsoleerd uit patiënten met cystische fibrose;
• en "volharden" vormen van S. aureus die normaal gesproken minder vatbaar zijn voor antibiotica omdat ze zo langzaam groeien.

Radlinski zei, "Tobramycine-doses die hier normaal weinig of geen effect op zouden hebben" S. aureus populaties doodden ze snel in combinatie met rhamnolipiden."

Conlon, Radlinski, en collega's hebben vastgesteld dat rhamnolipiden, zelfs bij lage doses, de S. aureus membraan op een manier die het veel beter doorlaatbaar maakt voor aminoglycosiden. Elk antibioticum in deze familie dat ze hebben getest, inclusief tobramycine, gentamicine, amikacine, neomycine, en kanamycine - had zijn potentie versterkt. De experimenten toonden aan, Bovendien, dat deze potentieverhogende strategie niet alleen effectief is tegen S. aureus maar verschillende andere bacteriesoorten, waaronder Clostridioides difficile (C-diff), wat een belangrijke oorzaak is van ernstige, vaak dodelijke diarreeziekte bij ouderen en patiënten in ziekenhuizen.

Rhamnolipiden zijn er in vele varianten, en de wetenschappers hopen nu te bepalen of er een optimale variant is die krachtig werkt tegen andere bacteriën en weinig of geen toxisch effect heeft op menselijke cellen. Het team is ook van plan andere microbe-vs.-microbe-wapens te bestuderen om nieuwe manieren te vinden om de potentie van bestaande antibiotica te verbeteren.

"Er is een enorm aantal bacteriële interacties tussen soorten die van invloed kunnen zijn op hoe goed onze antibiotica werken, " zei Radlinski. "We willen ze vinden met als uiteindelijk doel de werkzaamheid van de huidige therapieën te verbeteren en de opkomst van antibioticaresistentie te vertragen."