Informatie

22.4C: Antibiotica: staan ​​we voor een crisis? - Biologie


LEERDOELEN

  • Bespreek antibioticaresistentie.

Het woord antibioticum komt van het Griekse woord 'anti' dat 'tegen' betekent en 'bios' dat 'leven' betekent. Een antibioticum is een chemische stof, geproduceerd door microben of synthetisch, die vijandig staat tegenover de groei van andere organismen. Het nieuws en andere media van vandaag gaan vaak in op zorgen over een antibioticacrisis. Zijn de antibiotica die in het verleden gemakkelijk bacteriële infecties behandelden, verouderd? Zijn er nieuwe "superbugs": bacteriën die zijn geëvolueerd om resistenter te worden tegen ons arsenaal aan antibiotica? Is dit het begin van het einde van antibiotica? Al deze vragen dagen de zorggemeenschap uit.

Een van de belangrijkste oorzaken van resistente bacteriën is het misbruik van antibiotica. Het onvoorzichtig en overmatig gebruik van antibiotica heeft geleid tot de natuurlijke selectie van resistente vormen van bacteriën. Het antibioticum doodt de meeste infecterende bacteriën; daarom blijven alleen de resistente vormen over. Deze resistente vormen reproduceren, wat resulteert in een toename van het aandeel resistente vormen ten opzichte van niet-resistente. Een ander groot misbruik van antibiotica is bij patiënten met verkoudheid of griep, waarvoor antibiotica nutteloos zijn. Er is ook het overmatige gebruik van antibiotica bij vee, samen met het routinematige gebruik van antibiotica in diervoeder, die beide de bacteriële resistentie bevorderen. In de Verenigde Staten wordt 70 procent van de geproduceerde antibiotica aan dieren gevoerd. Doordat ze in lage doseringen aan vee worden gegeven, is de kans op het ontstaan ​​van resistentie zo groot mogelijk. Deze resistente bacteriën worden gemakkelijk overgedragen op de mens.

Een van de Superbugs: MRSA

Het onvoorzichtige gebruik van antibiotica heeft de weg vrijgemaakt voor bacteriën om populaties van resistente vormen uit te breiden. Bijvoorbeeld, Staphylococcus aureus, vaak "stafylokok" genoemd, is een veel voorkomende bacterie die in het menselijk lichaam kan leven en meestal gemakkelijk met antibiotica kan worden behandeld. Een zeer gevaarlijke stam, echter meticilline-resistent Staphylococcus aureus (MRSA) heeft de afgelopen jaren het nieuws gehaald. Deze stam is resistent tegen veel veelgebruikte antibiotica, waaronder methicilline, amoxicilline, penicilline en oxacilline. MRSA kan huidinfecties veroorzaken, maar het kan ook de bloedbaan, longen, urinewegen of letsels infecteren. Hoewel MRSA-infecties vaak voorkomen bij mensen in zorginstellingen, zijn ze ook voorgekomen bij gezonde mensen die niet in het ziekenhuis zijn opgenomen, maar die in een krappe populatie wonen of werken (zoals militairen en gevangenen). Onderzoekers hebben hun bezorgdheid geuit over de manier waarop deze laatste bron van MRSA zich richt op een veel jongere populatie dan degenen die in zorginstellingen verblijven. De Journal of the American Medical Association (JAMA) meldde dat onder MRSA-patiënten in zorginstellingen de gemiddelde leeftijd 68 jaar is, terwijl mensen met "community-associated MRSA" (CA-MRSA) een gemiddelde leeftijd hebben van 23 jaar.

Samenvattend, de medische gemeenschap wordt geconfronteerd met een antibioticacrisis. Sommige wetenschappers zijn van mening dat we, na jarenlang door antibiotica te zijn beschermd tegen bacteriële infecties, mogelijk terugkeren naar een tijd waarin een eenvoudige bacteriële infectie de menselijke bevolking opnieuw zou kunnen verwoesten. Onderzoekers ontwikkelen nieuwe antibiotica, maar het kost vele jaren van onderzoek en klinische proeven, plus financiële investeringen in de miljoenen dollars, om een ​​effectief en goedgekeurd medicijn te genereren.

Belangrijkste punten

  • Bij antibioticaresistentie zullen antibiotica de meeste infecterende bacteriën doden en alleen de resistente vormen achterlaten, die zich voortplanten, wat resulteert in een toename van het aandeel resistente vormen ten opzichte van niet-resistente.
  • Behandelingen tegen verkoudheid en griep en de medicatie van vee zijn voorbeelden van misbruik van antibiotica dat verantwoordelijk is voor bacteriële resistentie.
  • Meticilline-resistent Staphylococcus aureus (MRSA) is een voorbeeld van een gevaarlijke antibioticaresistente bacteriestam die zowel zieke als gezonde mensen kan infecteren.
  • Vanwege de groeiende resistentie tegen antibiotica denken wetenschappers dat we mogelijk terugkeren naar een tijd waarin een eenvoudige bacteriële infectie opnieuw een nadelige invloed kan hebben op de menselijke populaties.

Sleutelbegrippen

  • antibiotica: elke stof die de groei van bacteriën en soortgelijke micro-organismen kan vernietigen of remmen

Verwijzing

Naimi, TS, LeDell, KH, Como-Sabetti, K, et al. Vergelijking van gemeenschaps- en gezondheidszorggerelateerde methicilline-resistent Staphylococcus aureus infectie. JAMA 290 (2003): 2976-84, doi: 10.1001/jama.290.22.2976.


73 Bacteriële ziekten bij mensen

Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

  • Identificeer bacteriële ziekten die historisch belangrijke plagen en epidemieën hebben veroorzaakt
  • Beschrijf het verband tussen biofilms en door voedsel overgedragen ziekten
  • Leg uit hoe overmatig gebruik van antibiotica "superbugs" kan veroorzaken
  • Leg het belang van MRSA uit met betrekking tot de problemen van antibioticaresistentie

Voor een prokaryoot zijn mensen misschien gewoon een nieuwe huisvestingsmogelijkheid. Helaas kan de pacht van sommige soorten schadelijke gevolgen hebben en ziekte veroorzaken. Bacteriën of andere infectieuze agentia die schade toebrengen aan hun menselijke gastheren, worden pathogenen genoemd. Verwoestende ziektes en plagen die door ziekteverwekkers worden overgedragen, zowel viraal als bacterieel van aard, hebben de mens en hun voorouders al miljoenen jaren getroffen. De ware oorzaak van deze ziekten werd pas begrepen toen het moderne wetenschappelijke denken zich ontwikkelde, en veel mensen dachten dat ziekten een „geestelijke straf” waren. Pas in de afgelopen paar eeuwen hebben mensen begrepen dat het wegblijven van getroffen personen, het weggooien van de lijken en persoonlijke bezittingen van slachtoffers van ziekte, en sanitaire praktijken hun eigen kansen om ziek te worden verminderden.

Epidemiologen bestuderen hoe ziekten worden overgedragen en hoe ze een populatie beïnvloeden. Vaak moeten ze het verloop van een epidemie volgen — een ziekte die tegelijkertijd bij een ongewoon groot aantal individuen in een populatie voorkomt. Een pandemie is daarentegen een wijdverbreide en meestal wereldwijde epidemie. Een endemische ziekte is een ziekte die altijd aanwezig is, meestal met een lage incidentie, in een populatie.


Het probleem:

Antimicrobiële resistentie (AMR) treedt op wanneer micro-organismen veranderen door blootstelling aan antimicrobiële geneesmiddelen (zoals antibiotica, antischimmelmiddelen en antivirale middelen). Micro-organismen die AMR ontwikkelen, worden soms "superbugs" genoemd.

  • In 2014 meldde de WHO dat AMR “niet langer een voorspelling voor de toekomst is, het gebeurt nu in elke regio van de wereld en heeft het potentieel om iedereen, van elke leeftijd, in elk land te treffen... [AMR] is een grote bedreiging voor de volksgezondheid.”

Volgens de CDC omvat de jaarlijkse impact van resistente infecties in de VS meer dan 2,8 miljoen ziekten, waarvan meer dan 35.000 de dood tot gevolg hebben.

  • Geneesmiddelresistente infecties kosten de US $ 20-25 miljard aan extra directe gezondheidsuitgaven, met nog eens $ 35 miljard aan extra kosten voor de samenleving voor verloren productiviteit.

De crisis wordt verergerd door het feit dat wetenschappelijk onderzoek en ontwikkeling (O&D) in de VS grotendeels is verschoven van investeringen in nieuwe antimicrobiële middelen om deze infecties te bestrijden vanwege de unieke wetenschappelijke, regelgevende en economische uitdagingen van antimicrobiële O&D.

  • Minder dan 5% van de farmaceutische investeringen gaat naar antimicrobiële ontwikkeling.
  • Slechts 2 van de top 50 grootste farmaceutische bedrijven ter wereld ontwikkelen nog steeds antimicrobiële stoffen.
  • Meer dan 95% van de producten in ontwikkeling wordt ontwikkeld door kleinere bedrijven, zoals die van de AWG.

Dr. Janet Woodcock, directeur van het Center for Drug Evaluation and Research voor de FDA, getuigde tijdens een hoorzitting voor de House E&C Committee, Subcommittee on Health in september 2014: “De achteruitgang in onderzoek en ontwikkeling van antibacteriële geneesmiddelen (R&D) in de particuliere sector , in een tijd waarin ernstige antibioticaresistente infecties toenemen, is een enorm probleem voor de volksgezondheid, wat resulteert in een zeer ernstige onvervulde medische behoefte.”


De ERA van de ontdekking van antibiotica

De glorieuze jaren van ontdekking, ontwikkeling en productie van antibiotica vonden plaats in de periode tussen 1940 en de jaren zestig. De ontdekking in latere jaren ging door, maar niet zo snel als in de eerste jaren. De belangrijkste antibiotica zijn de penicillines, cefalosporines, tetracyclines, aminoglycosiden, chlooramfenicol, macroliden en glycopeptiden. Antibiotica zijn van cruciaal belang geweest bij de toename van de levensverwachting in de Verenigde Staten van 47 jaar in 1900 tot 74 jaar voor mannen en tot 80 jaar voor vrouwen in het jaar 2000.4

Er zijn meer dan 10.000 microbiële secundaire metabolieten ontdekt. 5 De filamenteuze bacteriën, dat wil zeggen de actinomyceten, zijn verbazingwekkend productief in het aantal antibiotica dat ze kunnen produceren. Ongeveer 75% van de bekende antibiotica wordt geproduceerd door actinomyceten en ongeveer 75% hiervan wordt gemaakt door een enkel geslacht, dat wil zeggen, Streptomyces. Van de antibiotica die in de geneeskunde worden gebruikt, is meer dan 90% afkomstig van de actinomyceten. In een typische actinomyceet zijn 23-30 genclusters (ongeveer 5% van het genoom) gewijd aan secundair metabolisme. 6 Belangrijk zijn ook niet-filamenteuze bacteriën, zoals soorten Bacil, die meer dan 60 antibiotica kan produceren. Inderdaad, 12% van de bekende antibiotica wordt geproduceerd door niet-filamenteuze bacteriën. Bovendien worden sommige nuttige antibiotica, zoals fusidinezuur, gemaakt door schimmels (Fusidium coccineum). 7


Kunnen liposomen het antwoord zijn op onze antibioticacrisis?

Het is geen geheim dat we te maken hebben met een antibioticacrisis. Overmatig gebruik heeft geleid tot wijdverbreide antibioticaresistentie, waardoor de Wereldgezondheidsorganisatie verklaarde dat we "op weg zijn naar een post-antibioticumtijdperk, waarin gewone infecties en kleine verwondingen die al tientallen jaren te behandelen zijn, opnieuw dodelijk kunnen zijn". Wetenschappers van de Universiteit van Bern hebben een nieuwe niet-antibiotische verbinding ontwikkeld die ernstige bacteriële infecties behandelt en het probleem van bacteriële resistentie vermijdt.

We hebben veel aan antibiotica te danken. Vóór de ontdekking van penicilline 90 jaar geleden kon longontsteking, tuberculose of zelfs een geïnfecteerde snee fataal zijn. En tegenwoordig zijn veel van onze routinematige chirurgische ingrepen afhankelijk van het vermogen om infecties met antibiotica te bestrijden.

Volgens de Centers for Disease Control is echter tot de helft van het antibioticagebruik bij mensen en een groot deel van het antibioticagebruik bij dieren onnodig of ongepast, en dit overmatig gebruik is de belangrijkste factor die leidt tot antibioticaresistentie.

Hoewel er in de loop der jaren veel ontwikkelingen zijn geweest, zoals 'slimme bommen' met antibiotica, was de moeilijkheid het elimineren van bacteriën zonder ook de bacteriële resistentie te bevorderen. Dit heeft geleid tot een behoefte om te streven naar niet-antibiotische benaderingen, waaronder "ninjapolymeren" en meer natuurlijke behandelingen zoals rauwe honing en natuurlijke eiwitten.

Deze nieuwste niet-antibiotische verbinding, ontwikkeld door Eduard Babiychuk en Annette Draeger van het Institute of Anatomy, University of Bern, en getest door een team van internationale wetenschappers, is gemaakt door kunstmatige nanodeeltjes te maken die zijn gemaakt van lipiden, "liposomen" die sterk lijken op het membraan van gastheercellen.

In de klinische geneeskunde worden liposomen gebruikt om specifieke medicatie in het lichaam van patiënten af ​​te geven. De wetenschappers in Bern hebben liposomen gemaakt die als lokaas fungeren en bacteriële toxines aantrekken, zodat ze kunnen worden geïsoleerd en geneutraliseerd, waardoor de gastheercellen worden beschermd tegen een gevaarlijke toxine-aanval. Zonder toxines worden de bacteriën weerloos gemaakt en kunnen ze worden geëlimineerd door het eigen immuunsysteem van de gastheer. Muizen die na experimentele, fatale septikemie met de liposomen werden behandeld, overleefden zonder aanvullende antibiotische therapie.

"We hebben een onweerstaanbaar lokaas gemaakt voor bacteriële toxines. De toxines worden dodelijk aangetrokken door de liposomen en als ze eenmaal zijn vastgemaakt, kunnen ze gemakkelijk worden geëlimineerd zonder gevaar voor de gastheercellen", zegt Eduard Babiychuk die het onderzoek leidde.

"Omdat de bacteriën niet direct worden aangevallen, bevorderen de liposomen de ontwikkeling van bacteriële resistentie niet", voegt Annette Draeger toe.


Wat wordt er gedaan om antibioticaresistentie tegen te gaan?

De meest voor de hand liggende manier om antibioticaresistentie te bestrijden, is het gebruik van antibiotica te minimaliseren. Artsen en clinici zijn voorzichtiger geworden met het voorschrijven van antibiotica voor infecties die zichzelf zouden kunnen oplossen, en programma's zoals "Get Smart", uitgevoerd door de CDC, hebben tot doel het bewustzijn bij patiënten te vergroten over wanneer en hoe antibiotica moeten worden toegediend [10].

Het overmatig gebruik van antibiotica in de vleesindustrie heeft ook veel aandacht gekregen en de FDA beveelt nu aan het gebruik van antibiotica alleen voor zieke dieren te reserveren. Vanaf nu zijn deze maatregelen op vrijwillige basis, maar velen zijn van mening dat er strengere regels moeten komen om verandering echt af te dwingen [11].

Figuur 4:Oplossingen voor antibioticaresistentie

Zowel academische laboratoria als biotechbedrijven onderzoeken betere diagnostische hulpmiddelen voor het opsporen van antibioticaresistente bacteriën [12]. Over het algemeen worden resistente infecties met vallen en opstaan ​​ontdekt. ​​Artsen zullen het ene antibioticum toedienen en dan overschakelen op een ander als de bacteriën niet reageren. Deze aanpak kost niet alleen tijd, maar kan ook onverwachte negatieve effecten hebben [13]. Efficiëntere methoden om de bacteriële gevoeligheid voor antibiotica te bepalen, kunnen de behandeling van infecties aanzienlijk verbeteren en mogelijke uitbraken helpen indammen.

Onderzoekers onderzoeken ook nieuwe strategieën om multiresistente bacteriën te doden. Een benadering is om te proberen nieuwe antibiotica te vinden die gericht zijn op verschillende processen in bacteriën. Vorig jaar rapporteerden onderzoekers van Northeastern de ontdekking van een nieuw antibioticum, Teixobactine, dat effectief is tegen Mycobacterium tuberculosis en MRSA. Dit medicijn werkt anders dan welk antibioticum dan ook dat momenteel wordt gebruikt, en hoewel het onderzoek naar Teixobactine zich nog in de kinderschoenen bevindt, moeten er nog bacteriën worden ontdekt die resistent zijn tegen dit antibioticum [14].

Evenzo zijn sommige onderzoekers geïnteresseerd in de strategie van resistentie zelf. Augmentin, een mix van amoxicilline en een tweede molecuul dat het bacteriële resistentiemechanisme tegen amoxicilline blokkeert, is een succesvol voorbeeld van deze strategie. Effluxpompen die antibiotica verwijderen, het breedste en meest gebruikte resistentiemechanisme, zijn ook intrigerende doelen voor dit soort combinatietherapieën [4].

Sinds de publicatie van de WHO-enquête, en in de nasleep van meerdere nieuwsberichten over 'superbugs', hebben Amerikaanse financieringsbronnen een plan aangekondigd om de federale uitgaven voor antibioticaonderzoek met meer dan 50% te verhogen. Dit geld kan uitbraken helpen voorkomen door verbeterde infrastructuur en hygiënepraktijken in klinieken en ziekenhuizen te ondersteunen. Bovendien zullen deze subsidies academisch onderzoek naar antibioticaresistentie financieren via toewijzing van subsidies door het National Institute of Health [15]. Deze geldstroom kan grote gevolgen hebben voor het onderzoek naar de eerder beschreven benaderingen om antibioticaresistentie tegen te gaan.

Hoewel het streven naar nieuwe behandelingen en diagnostiek voor antibioticaresistente infecties essentiële onderzoeksfocus blijft in de biotechnologie en de academische wereld, is het aanpassen van menselijk gedrag en houding ten opzichte van antibiotica waarschijnlijk de belangrijkste hindernis waarmee we worden geconfronteerd. De enquête die aan het begin van dit artikel werd genoemd, maakte overduidelijk dat er een ernstig gebrek aan communicatie is tussen clinici, onderzoekers en het grote publiek. Sinds de resultaten van dit onderzoek zijn vrijgegeven, heeft de WHO een wereldwijde campagne gelanceerd om voorlichting over de gevaren en oorzaken van antibioticaresistentie te verbeteren [3]. Waarschijnlijk zullen de komende jaren meer van dit soort campagnes en educatieve programma's volgen.

Natuurlijk is antibioticaresistentie geen probleem met een simpele oplossing - zolang antibiotica nog in het milieu aanwezig zijn, zullen bacteriën een manier vinden om hun toxische effecten te omzeilen. Echter, het vergroten van het bewustzijn over hoe mensen hebben bijgedragen aan deze wereldwijde gezondheidscrisis, en onderzoeken wat we kunnen doen om de voortgang ervan te vertragen, zal onze beste kans zijn om deze 'superbugs' te verslaan, of op zijn minst te vertragen.

Alexandra Cantley is een 5 e jaars afgestudeerde student in het Chemical Biology Program aan de Harvard University. Haar onderzoek in het Clardy Lab richt zich op de verkenning van chemische interacties tussen bacteriën en andere micro-organismen.


Biologie 171

Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

  • Identificeer bacteriële ziekten die historisch belangrijke plagen en epidemieën hebben veroorzaakt
  • Beschrijf het verband tussen biofilms en door voedsel overgedragen ziekten
  • Leg uit hoe overmatig gebruik van antibiotica "superbugs" kan veroorzaken
  • Leg het belang van MRSA uit met betrekking tot de problemen van antibioticaresistentie

Voor een prokaryoot zijn mensen misschien gewoon een nieuwe huisvestingsmogelijkheid. Helaas kan de pacht van sommige soorten schadelijke gevolgen hebben en ziekte veroorzaken. Bacteriën of andere infectieuze agentia die schade toebrengen aan hun menselijke gastheren, worden pathogenen genoemd. Verwoestende ziektes en plagen die door ziekteverwekkers worden overgedragen, zowel viraal als bacterieel van aard, hebben de mens en hun voorouders al miljoenen jaren getroffen. De ware oorzaak van deze ziekten werd pas begrepen toen het moderne wetenschappelijke denken zich ontwikkelde, en veel mensen dachten dat ziekten een „geestelijke straf” waren. Pas in de afgelopen paar eeuwen hebben mensen begrepen dat het wegblijven van getroffen personen, het weggooien van de lijken en persoonlijke bezittingen van slachtoffers van ziekte, en sanitaire praktijken hun eigen kansen om ziek te worden verminderden.

Epidemiologen bestuderen hoe ziekten worden overgedragen en hoe ze een populatie beïnvloeden. Vaak moeten ze het verloop van een epidemie volgen — een ziekte die tegelijkertijd bij een ongewoon groot aantal individuen in een populatie voorkomt. Een pandemie is daarentegen een wijdverbreide en meestal wereldwijde epidemie. Een endemische ziekte is een ziekte die altijd aanwezig is, meestal met een lage incidentie, in een populatie.

Lange geschiedenis van bacteriële ziekten

Er zijn gegevens over infectieziekten al in 3000 voor Christus. Een aantal significante pandemieën veroorzaakt door bacteriën zijn gedurende honderden jaren gedocumenteerd. Enkele van de meest gedenkwaardige pandemieën leidden tot het verval van steden en hele naties.

In de 21e eeuw blijven infectieziekten wereldwijd een van de belangrijkste doodsoorzaken, ondanks de vooruitgang die de afgelopen decennia is geboekt in medisch onderzoek en behandelingen. Een ziekte spreidt zich uit wanneer de ziekteverwekker die het veroorzaakt van de ene persoon op de andere wordt overgedragen. Om ziekte te veroorzaken, moet een ziekteverwekker zich in het lichaam van de gastheer kunnen voortplanten en de gastheer op de een of andere manier kunnen beschadigen.

De plaag van Athene

In 430 voor Christus doodde de plaag van Athene een kwart van de Atheense troepen die vochten in de grote Peloponnesische oorlog en verzwakte de overheersing en macht van Athene. De pest trof mensen die in het overbevolkte Athene woonden, evenals troepen aan boord van schepen die moesten terugkeren naar Athene. De bron van de pest is mogelijk recentelijk geïdentificeerd toen onderzoekers van de Universiteit van Athene DNA konden gebruiken van tanden die waren teruggevonden in een massagraf. De wetenschappers identificeerden nucleotidesequenties van een pathogene bacterie, Salmonella enterica serovar Typhi ((Figuur)), die veroorzaakt buiktyfus. 1 Deze ziekte wordt vaak gezien in overbevolkte gebieden en heeft in de geschiedenis epidemieën veroorzaakt.


Builenpest

Van 541 tot 750, de Plaag van Justinianus, een uitbraak van wat waarschijnlijk was builenpest, elimineerde een kwart tot de helft van de menselijke bevolking in het oostelijke Middellandse Zeegebied. De bevolking in Europa daalde tijdens deze uitbraak met 50 procent. Verbazingwekkend genoeg zou de builenpest Europa meer dan eens treffen!

De builenpest wordt veroorzaakt door de bacterie Yersinia pestis. Een van de meest verwoestende pandemieën die aan de builenpest werden toegeschreven, was de Zwarte Dood (1346 tot 1361). Het wordt verondersteld te zijn ontstaan ​​in China en verspreid langs de Zijderoute, een netwerk van land- en zeehandelsroutes, naar het Middellandse Zeegebied en Europa, gedragen door vlooien die leven op zwarte ratten die altijd aanwezig waren op schepen. De Zwarte Dood is waarschijnlijk genoemd naar de weefselnecrose ((Figuur)c) die een van de symptomen kan zijn. De '8220buboes' van de builenpest waren pijnlijk gezwollen gebieden van lymfatisch weefsel. EEN pneumonische vorm van de pest, verspreid door het hoesten en niezen van besmette personen, verspreidt zich rechtstreeks van mens op mens en kan binnen een week de dood veroorzaken. De pneumonische vorm was verantwoordelijk voor de snelle verspreiding van de Zwarte Dood in Europa. De Zwarte Dood verminderde de wereldbevolking van naar schatting 450 miljoen tot ongeveer 350 tot 375 miljoen. De builenpest trof Londen opnieuw in het midden van de 16e eeuw ((figuur)). In de moderne tijd komen er wereldwijd elk jaar ongeveer 1.000 tot 3.000 gevallen van pest voor, en een "sylvatische" vorm van pest, gedragen door vlooien die op knaagdieren leven, zoals prairiehonden en zwartvoetige fretten, infecteert jaarlijks 10 tot 20 mensen in het Amerikaanse zuidwesten . Hoewel het oplopen van de builenpest vóór antibiotica bijna een zekere dood betekende, reageert de bacterie op verschillende soorten moderne antibiotica en zijn de sterftecijfers door de pest nu erg laag.


Bekijk een video over het moderne begrip van de Zwarte Dood – de builenpest in Europa in de 14e eeuw.

Migratie van ziekten naar nieuwe populaties

Een van de negatieve gevolgen van menselijke verkenning was de toevallige "biologische oorlogvoering" die het gevolg was van het transport van een ziekteverwekker naar een populatie die er nog niet eerder aan was blootgesteld. Door de eeuwen heen hadden Europeanen de neiging om genetische immuniteit te ontwikkelen tegen endemische infectieziekten, maar toen Europese veroveraars het westelijk halfrond bereikten, brachten ze ziekteverwekkende bacteriën en virussen met zich mee, die epidemieën veroorzaakten die veel verschillende populaties van inheemse Amerikanen volledig verwoestten. geen natuurlijke weerstand tegen veel Europese ziekten. Naar schatting stierf tot 90 procent van de inheemse Amerikanen aan infectieziekten na de komst van Europeanen, waardoor de verovering van de Nieuwe Wereld een uitgemaakte zaak was.

Opkomende en opnieuw opkomende ziekten

De verspreiding van een bepaalde ziekte is: dynamisch. Veranderingen in de omgeving, de ziekteverwekker of de gastheerpopulatie kunnen de verspreiding van een ziekte dramatisch beïnvloeden. Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) is een opkomende ziekte ((Figuur)) een ziekte die voor het eerst in een populatie is verschenen, of die mogelijk eerder heeft bestaan, maar snel toeneemt in incidentie of geografisch bereik. Deze definitie omvat ook: opnieuw opduikende ziekten die voorheen onder controle waren. Ongeveer 75 procent van de recent opkomende infectieziekten bij mensen zijn zoönotische ziekten. Zoönosen zijn ziekten die voornamelijk dieren infecteren, maar die op mensen kunnen worden overgedragen, sommige zijn van virale oorsprong en sommige zijn van bacteriële oorsprong. Brucellose is een voorbeeld van een prokaryotische zoönose die in sommige regio's opnieuw de kop opsteekt, en necrotiserende fasciitis (algemeen bekend als vleesetende bacteriën) is de afgelopen 80 jaar om onbekende redenen in virulentie toegenomen.


Sommige van de huidige opkomende ziekten zijn niet echt nieuw, maar zijn ziekten die in het verleden catastrofaal waren ((Figuur)). Ze verwoestten populaties en sliepen een tijdje, om terug te komen, soms virulenter dan voorheen, zoals het geval was met de builenpest. Andere ziekten, zoals tuberculose, werden nooit uitgeroeid, maar waren in sommige regio's van de wereld onder controle totdat ze terugkeerden, meestal in stedelijke centra met hoge concentraties immuungecompromitteerde mensen. De WHO heeft bepaalde ziekten geïdentificeerd waarvan de wereldwijde heropleving moet worden gecontroleerd. Hiertoe behoren drie virale ziekten (knokkelkoorts, gele koorts en zika) en drie bacteriële ziekten (difterie, cholera en builenpest). De oorlog tegen infectieziekten heeft geen voorzienbaar einde.


Door voedsel overgedragen ziekten

Prokaryoten zijn overal: ze koloniseren gemakkelijk het oppervlak van elk type materiaal, en voedsel is geen uitzondering. Meestal koloniseren prokaryoten voedsel en voedselverwerkende apparatuur in de vorm van a biofilm, zoals we eerder hebben besproken. Uitbraken van bacteriële infectie gerelateerd aan voedselconsumptie komen vaak voor. Een door voedsel overgedragen ziekte (gewoonlijk "voedselvergiftiging" genoemd) is een ziekte die het gevolg is van de consumptie van pathogene bacteriën, virussen of andere parasieten die voedsel besmetten. Hoewel de Verenigde Staten een van de veiligste voedselvoorraden ter wereld hebben, hebben de Amerikaanse Centers for Disease Control and Prevention (CDC) gemeld dat “76 miljoen mensen ziek worden, meer dan 300.000 in het ziekenhuis worden opgenomen en 5.000 Amerikanen elk jaar sterven aan door voedsel overgedragen ziekte."

De kenmerken van door voedsel overgedragen ziekten zijn in de loop van de tijd veranderd. In het verleden was het relatief gebruikelijk om te horen over sporadische gevallen van botulisme, de potentieel dodelijke ziekte die wordt veroorzaakt door een toxine van de anaërobe bacterie Clostridium botulinum. Enkele van de meest voorkomende bronnen voor deze bacterie waren niet-zuur ingeblikt voedsel, zelfgemaakte augurken en verwerkt vlees en worstjes. Het blik, de pot of de verpakking creëerde een geschikte anaërobe omgeving waarin: Clostridium zou kunnen groeien. Goede sterilisatie- en conservenprocedures hebben de incidentie van deze ziekte verminderd.

Hoewel mensen de neiging hebben om door voedsel overgedragen ziekten te beschouwen als geassocieerd met dierlijk voedsel, zijn de meeste gevallen nu gekoppeld aan producten. Er zijn ernstige, productgerelateerde uitbraken geweest in verband met rauwe spinazie in de Verenigde Staten en met groentespruiten in Duitsland, en dit soort uitbraken komen vaker voor. De uitbraak van rauwe spinazie in 2006 werd veroorzaakt door de bacterie E coli serotype O157:H7. Een serotype is een bacteriestam die een reeks vergelijkbare antigenen op het celoppervlak draagt, en er zijn vaak veel verschillende serotypen van een bacteriesoort. Meest E coli zijn niet bijzonder gevaarlijk voor de mens, maar serotype O157:H7 kan bloederige diarree veroorzaken en is mogelijk dodelijk.

Alle soorten voedsel kunnen mogelijk besmet zijn met bacteriën. Recente uitbraken van Salmonella gerapporteerd door de CDC kwam voor in voedingsmiddelen die zo divers zijn als pindakaas, alfalfaspruiten en eieren. Een dodelijke uitbraak in Duitsland in 2010 werd veroorzaakt door: E coli besmetting van groentespruiten ((Figuur)). De stam die de uitbraak veroorzaakte, bleek een nieuw serotype te zijn dat niet eerder bij andere uitbraken was betrokken, wat erop wijst dat E coli evolueert continu. Uitbraken van listeriose door besmetting van vleeswaren, rauwe kazen en bevroren of verse groenten met Listeria monocytogenes, komen steeds vaker voor.


Biofilms en ziekten

Bedenk dat biofilms microbiële gemeenschappen zijn die heel moeilijk te vernietigen zijn. Ze zijn verantwoordelijk voor ziekten zoals de veteranenziekte, middenoorontsteking (oorontstekingen) en verschillende infecties bij patiënten met cystische fibrose. Ze produceren tandplak en koloniseren katheters, prothesen, transcutane en orthopedische apparaten, contactlenzen en interne apparaten zoals pacemakers. Ze vormen zich ook in open wonden en verbrand weefsel. In zorgomgevingen groeien biofilms op hemodialysemachines, mechanische ventilatoren, shunts en andere medische apparatuur. In feite wordt 65 procent van alle in het ziekenhuis opgelopen infecties (nosocomiale infecties) toegeschreven aan biofilms. Biofilms zijn ook gerelateerd aan ziekten die door voedsel worden opgelopen, omdat ze de oppervlakken van groentebladeren en vlees koloniseren, evenals voedselverwerkende apparatuur die niet voldoende wordt schoongemaakt.

Biofilminfecties ontwikkelen zich geleidelijk en veroorzaken mogelijk geen onmiddellijke symptomen. Ze worden zelden opgelost door afweermechanismen van de gastheer. Als een infectie door een biofilm eenmaal is vastgesteld, is het erg moeilijk om uit te roeien, omdat biofilms vaak resistent zijn tegen de meeste methoden die worden gebruikt om microbiële groei te beheersen, inclusief antibiotica. De matrix die de cellen aan een substraat en aan een ander hecht, beschermt de cellen tegen antibiotica of medicijnen. Omdat biofilms langzaam groeien, reageren ze bovendien minder op middelen die de celgroei verstoren. Er is gemeld dat biofilms tot 1000 keer de antibioticaconcentraties kunnen weerstaan ​​die worden gebruikt om dezelfde bacteriën te doden als ze vrijlevend of planktonisch zijn. Een zo grote dosis antibiotica zou de patiënt schaden. Daarom werken wetenschappers aan nieuwe manieren om van biofilms af te komen.

Antibiotica: staan ​​we voor een crisis?

Het woord antibiotica komt uit het Grieks anti wat betekent "tegen" en bios wat 'leven' betekent. Een antibioticum is een chemische stof, geproduceerd door microben of synthetisch, die vijandig staat tegenover of de groei van andere organismen verhindert. De media van tegenwoordig gaan vaak in op zorgen over een antibioticacrisis. Zijn de antibiotica die in het verleden gemakkelijk bacteriële infecties behandelden, verouderd? Zijn er nieuwe "superbacteriën" - bacteriën die zijn geëvolueerd om resistenter te worden tegen ons arsenaal aan antibiotica? Is dit het begin van het einde van antibiotica? Al deze vragen dagen de zorggemeenschap uit.

Een van de belangrijkste oorzaken van antibioticaresistentie bij bacteriën is overmatige blootstelling aan antibiotica. Het onvoorzichtig en overmatig gebruik van antibiotica heeft geleid tot de natuurlijke selectie van resistente vormen van bacteriën. Het antibioticum doodt de meeste infecterende bacteriën en daarom blijven alleen de resistente vormen over. Deze resistente vormen reproduceren, wat resulteert in een toename van het aandeel resistente vormen ten opzichte van niet-resistente. Naast de overdracht van resistentiegenen op het nageslacht, kan laterale overdracht van resistentiegenen op plasmiden deze genen snel verspreiden via een bacteriële populatie. Een groot misbruik van antibiotica is bij patiënten met virale infecties zoals verkoudheid of griep, waartegen antibiotica nutteloos zijn. Een ander probleem is het overmatig gebruik van antibiotica bij de veestapel. Ook het routinematige gebruik van antibiotica in diervoeder bevordert de bacteriële resistentie. In de Verenigde Staten wordt 70 procent van de geproduceerde antibiotica aan dieren gevoerd. Deze antibiotica worden in lage doses aan vee gegeven, waardoor de kans op resistentieontwikkeling wordt gemaximaliseerd, en deze resistente bacteriën worden gemakkelijk overgedragen op de mens.

Bekijk een recent nieuwsbericht over het probleem van routinematige toediening van antibiotica aan vee en antibioticaresistente bacteriën.

Een van de Superbugs: MRSA

Het onvoorzichtige gebruik van antibiotica heeft de weg vrijgemaakt voor de uitbreiding van resistente bacteriële populaties. Bijvoorbeeld, Staphylococcus aureus, vaak "stafylokok" genoemd, is een veel voorkomende bacterie die in het menselijk lichaam kan leven en meestal gemakkelijk met antibiotica kan worden behandeld. Echter, een zeer gevaarlijke stam, methicilline-resistent Staphylococcus aureus (MRSA) heeft de afgelopen jaren het nieuws gehaald ((Figuur)). Deze stam is resistent tegen veel veelgebruikte antibiotica, waaronder methicilline, amoxicilline, penicilline en oxacilline. MRSA kan huidinfecties veroorzaken, maar het kan ook de bloedbaan, longen, urinewegen of letsels infecteren. Hoewel MRSA-infecties veel voorkomen bij mensen in zorginstellingen, zijn ze ook voorgekomen bij gezonde mensen die niet in het ziekenhuis zijn opgenomen, maar die in een krappe populatie wonen of werken (zoals militairen en gevangenen). Onderzoekers hebben hun bezorgdheid geuit over de manier waarop deze laatste bron van MRSA zich richt op een veel jongere populatie dan degenen die in zorginstellingen verblijven. Het tijdschrift van de American Medical Association meldde dat onder MRSA-patiënten in zorginstellingen de gemiddelde leeftijd 68 jaar is, terwijl mensen met “gemeenschapsgerelateerde MRSA” (CA-MRSA) een gemiddelde leeftijd hebben van 23. 2


Samenvattend, de medische gemeenschap wordt geconfronteerd met een antibioticacrisis. Sommige wetenschappers zijn van mening dat we, na jarenlang door antibiotica te zijn beschermd tegen bacteriële infecties, mogelijk terugkeren naar een tijd waarin een eenvoudige bacteriële infectie de menselijke bevolking opnieuw zou kunnen verwoesten. Onderzoekers ontwikkelen nieuwe antibiotica, maar het kost vele jaren van onderzoek en klinische proeven, plus financiële investeringen in de miljoenen dollars, om een ​​effectief en goedgekeurd medicijn te genereren.

Epidemioloog Epidemiologie is de studie van het voorkomen, de verspreiding en de determinanten van gezondheid en ziekte in een populatie. Het is dus een onderdeel van de volksgezondheid. Een epidemioloog bestudeert de frequentie en verspreiding van ziekten binnen menselijke populaties en omgevingen.

Epidemiologen verzamelen gegevens over een bepaalde ziekte en volgen de verspreiding ervan om de oorspronkelijke wijze van overdracht te identificeren. Ze werken soms nauw samen met historici om te proberen te begrijpen hoe een ziekte zich geografisch en in de loop van de tijd heeft ontwikkeld, waarbij ze de natuurlijke geschiedenis van ziekteverwekkers volgen. Ze verzamelen informatie uit klinische dossiers, interviews met patiënten, surveillance en alle andere beschikbare middelen. Die informatie wordt gebruikt om strategieën te ontwikkelen, zoals vaccinaties ((figuur)), en om volksgezondheidsbeleid te ontwerpen om de incidentie van een ziekte te verminderen of de verspreiding ervan te voorkomen. Epidemiologen voeren ook snel onderzoek uit in geval van een uitbraak om onmiddellijke maatregelen aan te bevelen om deze te beheersen.

Een epidemioloog heeft een bachelordiploma, plus een masterdiploma in volksgezondheid (MPH). Veel epidemiologen zijn ook arts (en hebben een M.D.- of D.O-graad), of ze hebben een Ph.D. in een verwant gebied, zoals biologie of microbiologie.


Sectie Samenvatting

Sommige prokaryoten zijn menselijke pathogenen. Verwoestende ziekten en plagen zijn al sinds mensenheugenis onder ons en blijven wereldwijd een van de belangrijkste doodsoorzaken. Opkomende ziekten zijn ziekten die snel toenemen in incidentie of geografisch bereik. Het kunnen nieuwe of opnieuw opduikende ziekten zijn (voorheen onder controle). Veel opkomende ziekten die mensen treffen, vinden hun oorsprong bij dieren (zoönosen), zoals brucellose. Een groep van opnieuw opduikende bacteriële ziekten die onlangs door de WHO zijn geïdentificeerd voor monitoring, zijn builenpest, difterie en cholera. Door voedsel overgedragen ziekten zijn het gevolg van de consumptie van voedsel dat besmet is met voedsel, pathogene bacteriën, virussen of parasieten.

Sommige bacteriële infecties zijn in verband gebracht met biofilms: veteranenziekte, middenoorontsteking en infectie van patiënten met cystische fibrose. Biofilms kunnen groeien op menselijke weefsels, zoals tandplak medische apparaten koloniseert en infecties veroorzaakt of door voedsel overgedragen ziekten veroorzaakt door te groeien op het oppervlak van voedsel en voedselverwerkende apparatuur. Biofilms zijn resistent tegen de meeste methoden die worden gebruikt om microbiële groei te beheersen. Het overmatig gebruik van antibiotica heeft geleid tot een groot mondiaal probleem, omdat er in de loop van de tijd is gekozen voor resistente vormen van bacteriën. Een zeer gevaarlijke stam, methicilline-resistent Staphylococcus aureus (MRSA), heeft onlangs over de hele wereld grote schade aangericht.

Gratis antwoord

Leg uit waarom het onvoorzichtige en overmatige gebruik van antibiotica heeft geleid tot een groot mondiaal probleem.

Antibiotica doden bacteriën die daarvoor gevoelig zijn, dus alleen de resistente zullen overleven. Deze resistente bacteriën zullen zich voortplanten en daarom zullen er na een tijdje alleen nog maar resistente bacteriën zijn.

Onderzoekers hebben ontdekt dat het meerdere keren wassen van spinazie met water door voedsel overgedragen ziekten niet voorkomt E coli. Hoe kun je dit feit verklaren?

E coli koloniseert het oppervlak van het blad en vormt een biofilm die moeilijker te verwijderen is dan vrije (plankton)cellen. Bovendien kunnen bacteriën worden opgenomen in het water waarin planten worden gekweekt, waardoor ze de plantenweefsels binnendringen in plaats van simpelweg op het bladoppervlak te verblijven.

Voetnoten

    Papagrigorakis MJ, Synodinos PN en Yapijakis C. Oude tyfusepidemie onthult mogelijke voorouderlijke stam van Salmonella enterica serovar Typhi. Genet Evol infecteren 7 (2007): 126-7, Epub 2006 juni Naimi, TS, LeDell, KH, Como-Sabetti, K, et al. Vergelijking van gemeenschaps- en gezondheidszorggerelateerde methicilline-resistent Staphylococcus aureus infectie. JAMA 290 (2003): 2976-84, doi: 10.1001/jama.290.22.2976.

Woordenlijst


Antibioticaresistentie: de uitdagingen van bacteriële infecties het hoofd bieden

In 1928 deed Alexander Fleming zijn baanbrekende ontdekking van penicilline. Antibiotica zijn sindsdien onze krachtigste wapens tegen bacteriële infecties: de gemiddelde levensverwachting nam aanzienlijk toe en voorheen riskante operaties werden standaard medische interventies die een revolutie teweegbrachten in de geneeskunde. Tegenwoordig werpt de ontwikkeling van resistentie zijn schaduw op de ooit glanzende medicijnen die miljoenen levens hebben gered. Vandaag meer dan 90% van pathogene Staphylococcus aureus zijn resistent tegen penicilline. De volledige diepte van het probleem is lang verdoezeld door het schijnbaar onbeperkte aantal antibiotica. De laatste jaren is het aantal nieuwe antibiotica echter drastisch afgenomen, terwijl de ontwikkeling en verspreiding van resistentie enorm is toegenomen.

Het weerstandsprobleem
Bacteriële resistentie is een veelzijdig probleem met een breed scala aan redenen voor hun ontwikkeling, evolutie en verspreiding:

1) Slechts een relatief klein aantal moleculaire doelwitten in bacteriële cellen wordt aangevallen door de meeste antibiotica [1]. Zo remmen β-lactams enzymen van de biosynthese van de celwand, onderbreken aminoglycosiden de biosynthese van bacteriële eiwitten door de 30S-ribosomale subeenheid te remmen, en chinolonen remmen de celdeling door zich te richten op het DNA-gyrasecomplex (fig. 1).

2) Hoewel het aantal antibacteriële moleculen enorm lijkt, is het werkelijke aantal antibioticaklassen erg klein (fig. 1). Zo omvat de klasse van β-lactams verschillende groepen die samen de markt domineren met ongeveer 65% van alle antibiotica [2]. Antibiotica van één klasse hebben vaak dezelfde moleculaire doelwitten en dus zorgt de ontwikkeling van resistentie tegen één antibioticum gemakkelijk voor resistentie tegen andere antibiotica.

3) Sommige resistentiemechanismen zijn van toepassing op meerdere antibiotica van verschillende klassen. Resistentieontwikkeling omvat meestal enzymatische inactivatie van het antibioticum, veranderingen van het doelenzym, bypass-mechanismen, effluxpompen en permeabiliteitsbarrières [3]. Een enkel medicijn-effluxsysteem kan bijvoorbeeld een verscheidenheid aan verschillende antibioticaklassen wegpompen [4].

4) Resistentiegenen kunnen gemakkelijk worden verspreid door horizontale genoverdracht. Bacteriële resistentie tegen antibiotica hoeft niet de novo te evolueren voor elk antibioticum in een stam of soort. Horizontale genoverdracht door conjugatie, transformatie en transductie verspreidt gemakkelijk antibioticaresistentie van de ene soort naar de andere [5].

5) Antibiotica zijn op grote schaal misbruikt en misbruikt voor de behandeling van eenvoudige zelfoplossende infecties, profylaxe en huishoudelijke producten. Het veruit meest uitgebreide gebruik van antibiotica is echter bij vee. In de VS wordt 80% van de antibiotica niet gebruikt voor de behandeling van ziekten bij de mens, maar voor landbouwhuisdieren [6]. Zo komen antibiotica in grote hoeveelheden in het milieu terecht, wat leidt tot een toenemende resistentieontwikkeling.

6) Ons lichaam herbergt 10 keer zoveel bacteriële cellen als menselijke cellen. Veel van deze bacteriën zijn facultatieve pathogenen die kunnen leiden tot ernstige infecties wanneer ze per ongeluk op de verkeerde plaats terechtkomen. Behandeling met antibiotica kan resulteren in de kolonisatie door resistente facultatieve pathogenen zoals MRSA-stammen en het opruimen van nuttige bacteriën waarvan de niches kunnen worden overgenomen door resistente stammen [7].

De antibioticacrisis
De snelle evolutie van antibioticaresistentie vormt nog steeds een bedreiging voor de behandeling van bacteriële infecties en vereist de ontwikkeling van nieuwe antibiotica en alternatieve strategieën. De ontwikkeling van nieuwe antibiotica is de afgelopen decennia echter afgenomen. In de jaren 2004 tot 2014 zijn er in totaal slechts acht nieuwe antibiotica op de markt gebracht, terwijl dat in de jaren 1980 tot 1990 46 nieuwe antibiotica en combinatiegeneesmiddelen waren. Onder de antibiotica die in de jaren 80 werden goedgekeurd, bevonden zich blockbusters zoals ciprofloxacine en azithromycine, evenals verschillende geneesmiddelen die nog steeds op de WHO-lijst van essentiële geneesmiddelen staan.

Meerdere redenen dragen bij aan de reden waarom de ontwikkeling van antibiotica door veel grote spelers in de farmaceutische industrie is opgegeven. De ontwikkeling van resistentie heeft de levensduur van antibiotica verkort, terwijl de ontwikkeling tot goedkeuring op de markt een lang en duur proces is dat vaak tien jaar of langer duurt. De ontwikkelingsrisico's zijn hoog en 90% van de geneesmiddelen faalt tijdens het lange traject van preklinische studies tot markttoelating [8]. Ten slotte moeten ontwikkelingskosten en -risico's worden gecompenseerd door marktrendementen die opnieuw worden bedreigd door het ontstaan ​​van weerstanden en het aflopen van octrooien.

Ook is het moeilijk geworden om geheel nieuwe klassen antibiotica te vinden en de antibiotica die in de afgelopen tien jaar zijn goedgekeurd, zijn meestal gebaseerd op bekende structuren.

We worden dus geconfronteerd met het probleem van een gestaag afnemend aantal nieuwe antibiotica, terwijl de ontwikkeling van resistentie versnelt en multiresistente stammen zich snel verspreiden. Als deze ontwikkeling doorzet, zullen hoge sterftecijfers voor eenvoudige bacteriële infecties en hoge risico's voor normale operaties het komende post-antibioticatijdperk markeren.

Strategieën voor de toekomst
Wat kunnen we doen aan deze dreigende dreiging en hoe kunnen scheikunde en biologie bijdragen aan alternatieve oplossingen? Allereerst denk ik niet dat we antibiotica in de nabije toekomst volledig zullen kunnen vervangen. Antibiotica zijn te belangrijk als laatste redmiddel voor de behandeling van sterk vergevorderde en levensbedreigende bacteriële infecties zoals sepsis, waarbij een snelle klaring van het infectieuze agens vereist is om overlijden van de patiënt te voorkomen. We moeten dus actie ondernemen om deze waardevolle medicijnen te redden:

Het gebruik van antibiotica moet worden beperkt tot de behandeling van daadwerkelijke infecties en het gebruik in huishoudelijke producten en als groeibevorderaar voor vee moet worden verboden. Over-the-counter verkoop in apotheken moet wereldwijd worden beperkt en beperkt tot gecontroleerde toepassingen in ziekenhuizen. Ziekenhuizen moeten op hun beurt meer verantwoordelijkheid nemen voor de resistentieproblematiek, d.w.z. het gebruik van antibiotica beperken tot het absoluut noodzakelijke en strikt beleid voeren naar het model van het Nederlandse MRSA search-and-destroy-beleid [9].

Er zijn geavanceerde diagnostische technieken beschikbaar gekomen die de snelle identificatie van pathogenen en resistentiemarkers vóór de behandeling mogelijk maken, zodat op maat gemaakte smalspectrumgeneesmiddelen kunnen worden toegepast. Terwijl breedspectrumantibiotica gemakkelijk leiden tot resistentieontwikkeling van commensale bacteriën en kolonisatie met resistente stammen, kunnen smalspectrummedicijnen de verstoring van het gunstige menselijke microbioom voorkomen. Combinatietherapieën met verschillende antibiotica en combinaties van antibiotica met geneesmiddelen die resistentie bestrijden, zoals β-lactamaseremmers, worden al jaren toegepast en kunnen in de toekomst de overheersende antibioticastrategie worden om resistente ziekteverwekkers te bestrijden.

Voor de meeste infectieziekten zouden antibiotica echter eigenlijk niet nodig zijn als er alternatieven zouden zijn. Dergelijke alternatieven kunnen antivirulentiestrategieën zijn die bacteriën niet doden maar ontwapenen. Het concept is simpel: kleine moleculen remmen enzymen af ​​die essentieel zijn voor infectie waardoor de bacterie onschadelijk wordt gemaakt [10]. Dergelijke infectiegerelateerde functies kunnen virulentiefactoren zijn zoals toxines en extracellulaire enzymen, eiwitten voor adhesie aan eukaryote cellen, type III-secretiesystemen of centrale regulatoren van virulentie. Antivirulentiestrategieën omvatten ook het remmen van populatiegedrag zoals biofilmvorming of bacteriële coördinatie door quorumsensing. Zodra de bacteriën zijn ontwapend, zal de immuunrespons van de gastheer uiteindelijk de indringers opruimen. Er wordt voorgesteld dat sommige antivirulentiestrategieën minder vatbaar zijn voor resistentieontwikkeling, omdat ze geen directe selectieve druk uitoefenen. Antivirulentiestrategieën zijn in ontwikkeling en zijn al succesvol gebleken in diermodellen [11]. Toepassingen kunnen zijn preventieve zorg na operaties, behandeling van chronische en terugkerende infecties, evenals de meeste andere niet onmiddellijk levensbedreigende ziekten.

Strategieën van de toekomst kunnen ook betrekking hebben op lytische bacteriofagen als smalspectrummiddelen tegen bepaalde pathogenen [12]. Faagtherapie kan verschillende voordelen hebben ten opzichte van antibiotica, zoals de reproductie van het therapeutische middel in het gastheerlichaam en accumulatie op de plaats van infectie [13]. Verdere strategieën kunnen vaccinaties tegen belangrijke pathogenen omvatten, die echter alleen kunnen worden gebruikt voor profylaxe en niet voor de behandeling van een aanhoudende infectie [14]. Vaccins tegen multiresistente Staphylococcus aureus (MRSA) zijn momenteel in ontwikkeling. In tegenstelling tot vaccins kunnen antilichamen zelfs therapeutisch worden gebruikt als smalspectrumgeneesmiddelen [15].

Verdere preventieve methoden kunnen materiële modificaties omvatten, zoals het impregneren van katheters en implantaten met anti-biofilmmiddelen of antibacteriële nanodeeltjes [16]. Opkomende fysieke behandelingstechnologieën zoals niet-thermische gasplasma's - geïoniseerd gas gegenereerd door elektrische ontlading - worden momenteel klinisch getest en kunnen worden gebruikt voor een efficiënte behandeling van wondinfecties [17]. Ten slotte zou het ondersteunen en beheersen van onze gunstige microbiële flora een belangrijke strategie kunnen zijn voor de preventie van infecties in de toekomst. Commensale bacteriën zijn de eerste verdedigingslinie die de bestaande niches van het menselijk lichaam fysiek bezetten, concurreren met binnendringende microben en een diversiteit aan antibacteriële en schimmelwerende verbindingen produceren en daardoor de invasie van pathogene stammen voorkomen. Inzicht in de complexe interacties in het microbioom en het belang ervan voor de menselijke gezondheid kan ons in de toekomst helpen om de samenstelling van nuttige bacteriën in ons microbioom die ons immuunsysteem versterken en ons beschermen tegen bacteriële infecties, te behouden en direct te beheersen.

conclusies
Antibioticaresistentie vormt een ernstige bedreiging voor onze samenleving en heeft geleid tot een zich ontvouwende crisis voor de gezondheidszorg. Er moeten onmiddellijk maatregelen worden genomen om de ontwikkeling en verspreiding van resistentie te verminderen om antibiotica te redden voor de behandeling van levensbedreigende infecties. Alternatieven voor antibiotica zijn dringend nodig en in plaats van één enkele strategie zullen we een brede mix en combinaties van smalspectrumgeneesmiddelen en therapieën moeten ontwikkelen die samen met snellere en specifiekere diagnostische methoden kunnen worden toegepast om infecties effectief te behandelen. Deze strategieën moeten tegelijkertijd de gunstige bacteriën van het menselijke microbioom behouden en het risico op resistentieontwikkeling en kolonisatie met resistente stammen verminderen.

Erkenning
Mijn onderzoek wordt ondersteund door het Emmy Noether-programma van DFG, de Zukunftskolleg van de Universiteit van Konstanz en het Fonds der Chemischen Industrie. Ik dank ook mijn mentor Andreas Marx voor zijn steun.

Literatuur
[1] MB Schmid: Nat Biotechnol 24, 419-420 (2006)
[2] RP Elander: Toegepaste Microbiologie en Biotechnologie 61, 385-392 (2003)
[3] FC Tenover: Am J Infect Control 34, S3-10 discussie S64-73 (2006)
[4] H. Nikaido: J Bacteriol 178, 5853-5859 (1996)
[5] M. Barlow: Methoden Mol Biol. 532, 397-411 (2009)
[6] M.N. Yap: Mo Med. 110, 320-324 (2013)
[7] HE Jakobsson et al.: PLoS Een 5, e9836 (2010)
[8] A. Moore: EMBO-rep. 4, 114-117 (2003)
[9] MC Vos et al.: Infect Control Hosp. Epidemiol. 30, 977-984 (2009)
[10] AA. E. Clatworthy et al.: Nat. Chem. Biol.- 3, 541-548 (2007) bR. C. Allen, et al.: Nat Rev Microbiol. 12, 300-308 (2014)
[11] af. Weinandy et al.: ChemMedChem 9, 710-713 (2014) bH. Wu et al.: J Antimicrob Chemother 53, 1054-1061 (2004)
[12] B. Burrowes et al.: Expert Rev Anti Infect Ther 9, 775-785 (2011)
[13] Z. Golkar et al.: J Infect Dev Ctries 8, 129-136 (2014)
[14] A. Gentile en V. Bazan: Vaccin 29 Suppl 3, C15-25 (2011)
[15] C. Bebbington en G. Yarranton: Curr Opin Biotechnol. 19, 613-619 (2008)
[16] A. Shrestha et al.: J Endod. 36, 1030-1035 (2010)
[17] G. Lloyd et al.: Plasmaprocessen en polymeren 7, 194-211 (2010)


Abstract

Synthetische biologie biedt een nieuwe weg voor de exploitatie en verbetering van natuurlijke producten om de groeiende crisis in antibioticaresistentie aan te pakken. Alle antibiotica die klinisch worden gebruikt, worden uiteindelijk verouderd als gevolg van de evolutie en verspreiding van resistentiemechanismen, maar er zijn weinig nieuwe potentiële geneesmiddelen uit de farmaceutische sector. Natuurlijke producten van microbiële oorsprong hebben de afgelopen 70 jaar bewezen de bron van antimicrobiële geneesmiddelen te zijn. Het gebruik van synthetisch-biologisch denken en strategieën kan nieuwe moleculen opleveren en de chemische diversiteit van bekende antibiotica-steigers uitbreiden om de broodnodige nieuwe medicijnleads te bieden. De glycopeptide-antibiotica bieden paradigmatische steigers die geschikt zijn voor een dergelijke benadering. We bespreken deze strategieën hier met behulp van de glycopeptiden als voorbeeld en laten zien hoe synthetische biologie de chemische diversiteit van antibiotica kan uitbreiden om de groeiende resistentiecrisis aan te pakken.


22.4C: Antibiotica: staan ​​we voor een crisis? - Biologie

Alle door MDPI gepubliceerde artikelen worden direct wereldwijd beschikbaar gesteld onder een open access licentie. Er is geen speciale toestemming nodig om het door MDPI gepubliceerde artikel geheel of gedeeltelijk te hergebruiken, inclusief figuren en tabellen. Voor artikelen die zijn gepubliceerd onder een open access Creative Common CC BY-licentie, mag elk deel van het artikel zonder toestemming worden hergebruikt, op voorwaarde dat het originele artikel duidelijk wordt geciteerd.

Feature Papers vertegenwoordigen het meest geavanceerde onderzoek met een aanzienlijk potentieel voor grote impact in het veld. Feature Papers worden ingediend op individuele uitnodiging of aanbeveling door de wetenschappelijke redacteuren en ondergaan peer review voorafgaand aan publicatie.

De Feature Paper kan ofwel een origineel onderzoeksartikel zijn, een substantiële nieuwe onderzoeksstudie waarbij vaak verschillende technieken of benaderingen betrokken zijn, of een uitgebreid overzichtsdocument met beknopte en nauwkeurige updates over de laatste vooruitgang in het veld dat systematisch de meest opwindende vooruitgang in de wetenschappelijke literatuur. Dit type paper geeft een blik op toekomstige onderzoeksrichtingen of mogelijke toepassingen.

Editor's Choice-artikelen zijn gebaseerd op aanbevelingen van de wetenschappelijke redacteuren van MDPI-tijdschriften van over de hele wereld. Redacteuren selecteren een klein aantal artikelen die recentelijk in het tijdschrift zijn gepubliceerd en waarvan zij denken dat ze bijzonder interessant zijn voor auteurs, of belangrijk zijn op dit gebied. Het doel is om een ​​momentopname te geven van enkele van de meest opwindende werken die in de verschillende onderzoeksgebieden van het tijdschrift zijn gepubliceerd.