Bacteriën in kolonie niet kansloos tegen antibiotica (+video)

Wetenschappers van het Kavli Institute of Nanoscience hebben ontdekt dat bacteriën omgevingen kunnen koloniseren waar dodelijke hoeveelheden antibiotica zijn, zonder resistent te worden.

Trefwoorden: #antbiotica, #antibioticum, #bacteriekolonie, #bacteriën, #kanamycin, #Kavli Institute of Nanoscience, #resistentie, #TU Delft

Lees verder

research

( Foto: screen YouTube - Kavli Institute of Nanoscience )

ENGINEERINGNET.BE - Antibiotica doden bacteriën, maar helaas slaat een kuur niet altijd aan. De sleutel is dat bacteriën in grote groepen moeten samenwerken, want individueel maken de bacteriën geen schijn van kans in de voor hen dodelijke omgeving.

Het onderzoek, gepubliceerd in het vakblad “The ISME Journal”, helpt wetenschappers beter te begrijpen hoe bacteriën overleven wanneer de concentratie antibioticum lokaal varieert, een situatie die bijvoorbeeld in het lichaam ontstaat wanneer iemand een antibioticumpil inneemt.

Met deze nieuwe inzichten kunnen wetenschappers het falen van antibiotica beter begrijpen en de werking ervan proberen te verbeteren.

Voor het onderzoek maakte biofysicus Felix Hol, samen met onderzoekers Bert Hubert, Cees Dekker en Juan Keymer, twee kamertjes van ongeveer 8 millimeter lang, verbonden met elkaar via een zeer dun kanaaltje waar bacteriën doorheen kunnen zwemmen.

De ene kamer is een paradijs voor bacteriën, met een constante stroom voeding, waar ze zich zeer snel vermeerderen. De andere kamer kan je zien als een spreekwoordelijke hel: de kamer bevat naast voedsel een zeer hoge dosis van het antibioticum kanamycin, dodelijk voor deze bacteriën.

Je zou intuïtief verwachten dat de bacteriën daar wel weg zouden blijven, maar dat blijkt niet zo. Dit onderzoek laat zien dat de bacteriën gezamenlijk proberen de dodelijke kamer te koloniseren. Dat lukt alleen als de ‘invasie’ door een bacteriegroep met een hoge dichtheid gebeurt.

Niet elke ‘invasie’ is overigens succesvol. Na ongeveer een uur of acht worden de groepen bacteriën zo groot en geconcentreerd, dat ze de dodelijke omgeving succesvol kunnen koloniseren. Vervolgens vermeerderen de bacteriën zich in de aanwezigheid van het antibioticum.

Dat lukt ze overigens niet altijd. Bij vier van de tien experimenten slaagden de bacteriën er in het compartiment met antibiotica te koloniseren, bij twee niet. Bij vier was er wel een geslaagde invasie, maar overleefde de populatie niet.

Opmerkelijk is dat de bacteriën na het koloniseren van de dodelijke omgeving geen resistentie tegen het antibioticum ontwikkeld hadden. Ze weten dus samen een effectieve verdediging te creëren, door zich op een of andere manier collectief aan te passen.

Het onderzoek kan meer inzicht geven in het gedrag van bacteriën in het menselijk lichaam. In het lichaam vormen medicijnen zoals antibiotica concentratie-gradiënten.

In de darmen is de concentratie veel hoger dan bijvoorbeeld in de longen, maar ook door het periodiek innemen van medicijnen kunnen er grote verschillen ontstaan.

“Het onderzoek laat zien hoe bacteriën omgaan met zulke gradiënten. Uiteindelijk kan dat helpen om beter te begrijpen waarom bepaalde medicijnen wel of niet goed werken, en waarom sommige bacteriële infecties moeizaam genezen”, stelt bionano-professor Cees Dekker.

“Daarnaast kan het helpen beter te begrijpen hoe bacteriën resistent worden tegen medicijnen. Mogelijk is deze manier van kolonisatie waarbij resistentie niet nodig is, een eerste stap, waarna door natuurlijke selectie in de dodelijke omgeving resistente bacteriën ontstaan.”

Het precieze mechanisme waardoor de bacteriën de dodelijke omgeving kunnen koloniseren, is nog grotendeels onbegrepen. In vervolgonderzoek zouden de wetenschappers graag het precieze biologische mechanisme dat de bacteriën in staat stelt dit gedrag te vertonen, ontrafelen.


(bron: TU Delft)

Video:
Dit filmpje laat de invasie van het antibioticumcompartiment (links van het verbindingskanaal) door E. coli bacteriën zien. In het begin (5 sec) zwemmen kleine groepen bacteriën het antibioticum compartiment binnen maar deze invasie slaagt niet.
Een invasie met een hoge populatiedichtheid (10 sec) overleeft echter wel en vestigt zich in het antibioticum compartiment.
De foto’s zijn met 10 minuten tussenpozen genomen, het hele filmpje beslaat 8 uur.