De wereldwijde toename van antibioticaresistentie vormt een groeiende bedreiging voor de volksgezondheid, ons vermogen om dodelijke infecties zoals tuberculose te bestrijden, aantasten.

Bovendien, inspanningen om nieuwe antibiotica te ontwikkelen geen gelijke tred houden met deze groei van microbiële resistentie, wat resulteert in een dringende behoefte aan nieuwe benaderingen om bacteriële infecties aan te pakken.

In een paper online gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters , onderzoekers van het MIT, het brede instituut van MIT en Harvard, en Harvard University onthullen dat ze een nieuwe manier hebben ontwikkeld om schadelijke bacteriën te doden.

De onderzoekers hebben deeltjes ontworpen, bekend als "fagemiden, " in staat om toxines te produceren die dodelijk zijn voor gerichte bacteriën.

Bacteriofagen - virussen die bacteriën infecteren en doden - worden al vele jaren gebruikt om infecties te behandelen in landen zoals die in de voormalige Sovjet-Unie. In tegenstelling tot traditionele breedspectrumantibiotica, deze virussen richten zich op specifieke bacteriën zonder de normale microflora van het lichaam te schaden.

Maar bacteriofagen kunnen ook potentieel schadelijke bijwerkingen veroorzaken, volgens James Collins, de Termeer-hoogleraar Medical Engineering and Science aan de afdeling Biological Engineering en het Institute of Medical Engineering and Science van het MIT, die het onderzoek leidde.

"Bacteriofagen doden bacteriën door de cel te lyseren, of het laten barsten, " zegt Collins. "Maar dit is problematisch, omdat het kan leiden tot het vrijkomen van vervelende gifstoffen uit de cel."

Deze toxines kunnen in sommige gevallen tot sepsis en zelfs de dood leiden, hij zegt.

Een zachtere uitbarsting

In eerder onderzoek is Collins en zijn collega's ontwikkelden bacteriofagen om eiwitten tot expressie te brengen die de cellen niet echt deden barsten, maar in plaats daarvan verhoogde de effectiviteit van antibiotica wanneer ze tegelijkertijd werden toegediend.

Om voort te bouwen op dit eerdere werk, de onderzoekers wilden een verwante technologie ontwikkelen die gericht zou zijn op specifieke bacteriën en deze zou doden, zonder de cellen te laten barsten en hun inhoud vrij te geven.

De onderzoekers gebruikten technieken van synthetische biologie om een ​​platform van deeltjes te ontwikkelen die fagemiden worden genoemd. Deze deeltjes infecteren bacteriën met kleine DNA-moleculen die bekend staan ​​als plasmiden, die in staat zijn om onafhankelijk te repliceren in een gastheercel.

Eenmaal in de cel, de plasmiden zijn ontworpen om verschillende eiwitten of peptiden tot expressie te brengen - moleculen die bestaan ​​uit korte ketens van aminozuren - die giftig zijn voor de bacteriën, zegt Collins.

"We hebben systematisch verschillende antimicrobiële peptiden en bacteriële toxines getest, en toonde aan dat wanneer je een aantal van deze combineert in de fagemiden, je kunt de overgrote meerderheid van de cellen in een cultuur doden, " hij zegt.

De tot expressie gebrachte toxines zijn ontworpen om verschillende cellulaire processen te verstoren, zoals bacteriële replicatie, waardoor de cel sterft zonder open te barsten.

Nauwkeurige targeting

De fagemiden zullen ook alleen een specifieke bacteriesoort infecteren, resulterend in een zeer gericht systeem, zegt Collins.

"Je kunt dit gebruiken om heel specifieke soorten bacteriën te doden als onderdeel van een infectietherapie, terwijl de rest van het microbioom gespaard blijft, " hij zegt.

Toen de onderzoekers de reactie van de bacteriën op herhaalde herinfectie met de fagemiden volgden, ze zagen geen tekenen van significante weerstand tegen de deeltjes. "Dit betekent dat je meerdere afleveringen van de fagemiden kunt doen, om een ​​effectievere therapie te krijgen, " hij zegt.

Dit in tegenstelling tot herhaalde infectie met bacteriofagen, waar de onderzoekers ontdekten dat de bacteriën in de loop van de tijd resistentie ontwikkelden.

Hoewel Collins erkent dat bacteriën uiteindelijk weerstand zullen ontwikkelen tegen elke stress die op hen wordt uitgeoefend, het onderzoek suggereert dat het waarschijnlijk veel langer duurt voordat ze resistentie tegen faagmiden ontwikkelen dan tegen conventionele bacteriofaagtherapie, hij zegt.

Een "cocktail" van verschillende fagemiden zou aan patiënten kunnen worden gegeven om een ​​niet-geclassificeerde infectie te behandelen, op een vergelijkbare manier als de breedspectrumantibiotica die tegenwoordig worden gebruikt.

Maar ze worden eerder gebruikt in combinatie met snelle diagnostische hulpmiddelen, momenteel in ontwikkeling, waarmee artsen specifieke infecties kunnen behandelen, zegt Collins. "U zou eerst een snelle diagnostische test uitvoeren om de bacteriën van uw patiënt te identificeren, en geef dan de juiste faagmide om de ziekteverwekker te doden, " hij zegt.

De onderzoekers zijn van plan hun platform uit te breiden door een breder scala aan fagemiden te ontwikkelen. Ze hebben tot nu toe geëxperimenteerd met een reeks fagemiden die specifiek zijn voor E. coli, maar hopen nu deeltjes te creëren die ziekteverwekkers zoals Clostridium difficile en de cholera-veroorzakende bacterie Vibrio cholerea kunnen doden.

Het artikel laat zien dat het gebruik van synthetische biologie om een ​​gen in een faag te modificeren om het toxischer te maken voor een pathogeen, kan leiden tot effectievere antimicrobiële deeltjes dan klassieke benaderingen, zegt Alfonso Jaramillo, een professor in synthetische biologie aan de Universiteit van Warwick in het VK, die niet bij het onderzoek betrokken was.

"Het combineren van synthetische genetische apparaten met fagen als transportmiddelen maakt een systematische benadering mogelijk om pathogene bacteriën te herprogrammeren voor de dood, Jaramillo legt uit. "De focus van [onderzoekers] op niet-replicatieve fagen is ook zeer geschikt omdat die deeltjes beter geschikt zijn voor gebruik bij mensen, aangezien ze niet als genetisch gemodificeerde organismen worden beschouwd, " hij zegt.

De onderzoekers hebben een verbeterde vorm van faagtherapie ontwikkeld die mogelijk de antibiotica van de toekomst wordt. hij voegt toe.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.