KENNISPLATFORM VOOR LABORATORIA

REDACTIONEEL

EDITIE 11, DECEMBER 2010

MRSA-bacterie geeft zijn geheimen langzaam prijs

Groningse onderzoekers beginnen vat te krijgen op de wispelturige MRSA-bacterie, ook bekend als de meticilline-resistente ziekenhuisbacterie Staphylococcus aureus. Als deelnemer aan internationaal opgezette studies voert de afdeling Medische Microbiologie van het UMCG onder leiding van prof. dr. Jan Maarten van Dijl een enorme batterij aan experimenten uit.

lv11-red-05

 

 

 

 

 

 

“USA300 is een beruchte. Deze MRSA-variant werd aanvankelijkwaargenomen in gevangenissen, maar is ook in sportscholen en kinderdagverblijven opgedoken. Eerst alleen in de Verenigde Staten, later incidenteel ook in Europa”, geeft Jan Maarten van Dijl aan als voorbeeld van het onvoorspelbare gedrag van de familie van de multiresistente Staphylococcus aureus. “Er zijn waarschijnlijk wel een paar duizend varianten van de S. aureus-bacterie; één op de drie mensen is drager van één van deze varianten. Gelukkig zien we in Nederland maar zelden een uitbraak van de multiresistente varianten. Maar het gevaar is altijd aanwezig: met name bij operaties en chronische open wonden ontstaat het optimale groeimilieu voor deze sluipmoordenaar. Dan wordt hij actief, en is lastig te bestrijden.” Van Dijl houdt zich binnen de afdeling Medische Microbiologie bezig met het ontrafelen van de mechanismen achter het vermogen van S. aureus om mensen ziek te maken en zich te verweren tegen antibiotica. Op basis hiervan ontwikkelt hij strategieën om de bacterie te bestrijden c.q. er voor te zorgen dat de bacterie zijn schadelijke werking niet kan uitoefenen.

De basis hiervoor ligt bij fundamenteel onderzoek aan een onschadelijke bodembacterie, Bacillus subtilis, die zo dienst doet als model voor de andere bacteriën. “We zijn vooral geïnteresseerd in wanneer een eiwit tot expressie komt, waar in de cel, welke functie het eiwit heeft en wat de dynamiek van een eiwit is. Voor de expressieanalyses maken we genfusies, waarbij het gen van het te onderzoeken eiwit wordt gekoppeld aan DNA dat codeert voor GFP, een groen fluorescerend eiwit. Vervolgens wordt dit DNA weer terug in de cellen gebracht. Zodra het gen tot expressie komt, wordt ook het GFP geproduceerd. Je kunt op deze manier volgen wanneer het gen actief is. Uit de mate van fluorescentie kan je afleiden hoeveel eiwit geproduceerd wordt. Inmiddels hebben we meer dan 1.000 bacteriestammen gekweekt, waarbij elke stam staat voor een GFPfusie met de promoter van een bekend gen. Na dit flinke voorwerk - dit is al jaren werk! - heb je een prima basis om een gedetailleerd antwoord te vinden op onderzoeksvragen als: ‘wat gebeurt er als ik dit antibioticum toevoeg?’ of ‘hoe is het koolstofmetabolisme van een bacterie in de tijd gereguleerd?’, legt van Dijl uit.

 

Werkpaarden

De experimenten vinden plaats in de vorm van ‘live cell arrays’, waarbij je in één experiment 96 verschillende culturen tegelijk kan volgen. Dat gebeurt met behulp van door Beun-De Ronde geleverde Biotek Synergy 2 microplaat readers, waarvan er inmiddels twee op het lab staan. “Met deze apparaten is het bijzonder efficiënt werken. In de middag zet je het experiment op en de volgende ochtend heb je de resultaten. We hebben inmiddels ook nog een eenvoudigere variant van deze betrouwbare werkpaarden - de Powerwave - aangeschaft, want hoe verder we komen, hoe meer vragen we gedetailleerd beantwoord willen zien.”

 

Genregulatie

Aan de hand van de leads uit het systematische onderzoek bij de bodembacterie kan vervolgens worden onderzocht of dat ook zo in elkaar zit bij MSRA-stammen. Zo blijkt het essentieel te zijn voor de overlevingskansen van een bacterie dat deze bacterie snel reageert bij toediening van een antibioticum. De kracht van menig MSRA variant zit hem in het produceren van een eiwit dat nieuwe celwandbestanddelen aanmaakt, waardoor het antibioticum bij de bacterie geen schade meer kan aanrichten.

De Groningse onderzoekers vermoeden dat binnen een populatie van MRSA bacteriën een deel het gen voor dat eiwit altijd aan heeft staan, terwijl een ander deel veel trager reageert. “Dit lijkt aannemelijk vanuit de energiehuishouding: altijd op scherp staan kost veel energie; je kunt dan dus beter de taken binnen een groep bacteriën verdelen”, vult van Dijl aan. Dit gegeven kan ook doorgetrokken worden naar de tot nu toe meest succesvolle strategie om infecties te voorkomen: een terughoudend beleid bij het voorschrijven van antibiotica. “Je ziet in landen, waar antibiotica ‘over the counter’ beschikbaar zijn, veel meer MRSA-infecties dan bijvoorbeeld in Nederland waar dergelijke middelen alleen worden voorgeschreven als het echt noodzakelijk is. Dat legt minder druk op de S. aureus bacteriën om resistentie te ontwikkelen; de populatie wordt minder uitgedaagd en zal minder scherp reageren als de kans zich voordoet.”

 

Antilichamen tegen S. aureus

Mede in het kader van onderzoek binnen het Top Instituut Pharma wordt er in Groningen ook gewerkt aan het ontwikkelen van antilichamen tegen de multiresistente bacteriën. Hiervoor heeft van Dijl een programma opgezet dat inmiddels al een aantal belangrijke resultaten heeft opgeleverd. “We koppelen de resultaten van twee grootschalige onderzoekslijnen om uiteindelijk nieuwe geneesmiddelen te ontwikkelen. Aan de ene kant hebben we vrijwilligers geïdentificeerd die infecties met S. aureus hebben gehad. In het bloed van deze vrijwilligers komen hoge concentraties van antilichamen tegen S. aureus voor die gekloneerd worden door het Groningse bedrijf IQ Therapeutics. Aan de andere kant richten we ons op de bacterie zelf, en we gaan op zoek naar die eiwitten die bij alle MRSA-varianten op het celoppervlak zichtbaar zijn. Dat doen we met behulp van het zogenaamde ‘surface shaving’, een techniek waarbij trypsine dat is gekoppeld aan agarose beads als het ware als een scheermes over de cel raast en alle uitstekende delen los maakt. Dit afgeschaafde materiaal verzamelen we en aan de hand van massaspectrometrie herleiden we welke eiwitten op het celoppervlak aanwezig zijn. Je zult begrijpen dat ook hier een enorme variatie aan eiwitten te zien is, maar - nu komt het - voor een beperkt aantal van die eiwitten geldt dat ze in meerdere S. aureus varianten voorkomen. Op dit moment onderzoeken we of antilichamen tegen deze eiwitten aanwezig zijn bij onze bloeddonoren!”

 

Perspectief

De geïdentificeerde celwandeiwitten zijn interessante kandidaten voor de ontwikkeling van geneesmiddelen. “Binnen TI Pharma werken we samen met IQ Therapeutics om een cocktail van antilichamen te maken waarbij de bacterie tegelijkertijd op verschillende fronten wordt aangevallen. De beschermende eigenschappen van deze antilichamen worden vervolgens nader gekarakteriseerd in samenwerking met het bedrijf Pepscan in Lelystad en onderzoekers in Utrecht en Rotterdam. We verwachten dat het praktisch onmogelijk wordt om weerstand te ontwikkelen tegen deze cocktail, al moet je bacteriën natuurlijk nooit onderschatten!”

 

Beun-De Ronde

www.beunderonde.nl

 

TI Pharma

www.tipharma.com

Jan Maarten van Dijl: “Uitroeien van de ziekenhuisbacterie S. aureus zal nooit lukken, maar we kunnen het hem wel een stuk moeilijker maken.”