‘Klittenband’ van antibioticum zet bacteriën klem

Door samen te klitten blijkt een antibioticum genaamd plectasine een slimme manier te hebben om bacteriën uit te schakelen. De structuur en werking van deze bacteriële ‘klittenband’ is nu ontrafeld door een onderzoeksteam onder leiding van de chemici Markus Weingarth en Eefjan Breukink aan de Universiteit Utrecht. Hun ontdekking kan de weg vrijmaken voor een nieuwe aanpak in de strijd tegen antibioticaresistentie. Het team publiceert de ontdekking vandaag in het vakblad Nature Microbiology.

Het onderzoeksteam van Weingarth en Breukink bestudeerde het antibioticum plectasine, dat wordt gewonnen uit de schimmel Pseudoplectania nigrella. Ze gebruikten daarvoor extreem geavanceerde spectrometers en microscopen, in samenwerking met biofysicus Wouter Roos, verbonden aan de Rijksuniversiteit Groningen.

Celwand verstoren

Normaal gesproken gaan antibiotica bacteriën te lijf door zich te richten zich op specifieke eiwitten binnenin de bacteriën. Plectasine werkt anders, maar hoe precies, dat was tot nu toe een raadsel. Eerdere theorieën stelden dat plectasine zich bindt aan een molecuul dat essentieel is voor de vorming van de bacteriële celwand, genaamd Lipid II. Die binding tussen plectasine en Lipid II verstoort de vorming van de celwand, wat uiteindelijk dodelijk is voor de bacterie.

Haakjes en lusjes

Het nieuwe onderzoek van Weingarth en collega’s laat zien dat het wat ingewikkelder in elkaar steekt. Plectasine blijkt niet zomaar te binden aan Lipid II. In plaats daarvan vormt plectasine een soort samenklonteringen op bacteriële celwanden die Lipid II bevatten. De structuren die zo ontstaan, vangen als het ware het Lipid II-molecuul, dat daarna niet meer kan ontsnappen.

Weingarth vergelijkt die structuur met klittenband, waarbij minuscule haakjes zich vastgrijpen aan lusjes. Plectasine werkt dan als een soort microscopisch kleine haakjes die vastklitten aan de bacteriële ‘lusjes’, het Lipid II. 

Bacterie blijft verstrikt 

Die structuur biedt een extra voordeel, die ook te vergelijken is met echt klittenband. Als een lusje losraakt van een haakje, dan blijft die alsnog op z’n plaats in het klittenband. Hetzelfde geldt voor de situatie in bacteriën waar Lipid II vastzit in de plectasine-samenklontering: de binding kan op zich wel losraken, maar ze blijven verstrikt in het moleculaire kluwen dat is ontstaan. Zodoende kunnen bacteriën niet ontsnappen aan de werking van het antibioticum en nog meer infecties veroorzaken.

Calcium maakt binding sterker

Het onderzoeksteam stelde daarnaast vast dat de antibacteriële werking van plectasine verbetert als er calcium in het spel is. Calcium-ionen werken in op bepaalde onderdelen van plectasine, met als gevolg dat er moleculaire veranderingen optreden die uiteindelijk de antibacterie werking versterken. Dat calcium de werking van plectasine zo kan beïnvloeden kwam aan het licht dankzij Weijngarths teamgenoten Shehrazade Jekhmane and Maik Derks. Zij stelden vast dat sommige plectasine-monsters een vreemde kleur hadden, wat kon wijzen op de aanwezigheid van ionen.

Sterkere antibiotica

Weingarth verwacht dat deze ontdekking een nieuwe draai kan geven aan de ontwikkeling van betere antibiotica. “Plectasine is zelf waarschijnlijk niet de ideale kandidaat om uit te groeien tot een superantibioticum. Maar met dit onderzoek laten we wel zien dat de klittenband-achtige werking waarschijnlijk een rol speelt bij meer antibiotica, terwijl het tot nu toe over het hoofd werd gezien.”

Bij de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen moet je niet alleen kijken naar hoe die binden aan ziekteverwekkers, maar ook hoe ze samenklonteren

“Bij de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen moet je dus niet alleen kijken naar hoe die binden aan ziekteverwekkers”, zegt Weingarth. “Je moet ook meenemen hoe ze efficiënt en gericht kunnen samenklonteren. Wat dat betreft vult ons onderzoek een grote kennislacune op. En dat kan uiteindelijk een positieve werking hebben op de ontwikkeling van betere medicijnen tegen microben die ongevoelig zijn voor de huidige antibiotica.”