Sommige veelgebruikte antibiotica versnellen ontstaan resistentie

Antibiotica die DNA-replicatie remmen, worden veel gebruikt, maar blijken het ontstaan van resistentie te versnellen. Dat ontdekte het onderzoeksteam van moleculair geneticus Jan-Willem Veening van de Rijksuniversiteit Groningen. ‘Zeker bij patiënten met een geschiedenis van antibioticaresistentie moeten artsen hierop alert zijn,’ waarschuwt hij. Veening publiceert de bevindingen op 10 april 2014 in het toonaangevende tijdschrift Cell.

Veening en zijn team deden onderzoek aan Streptococcus pneumoniae (pneumokokken). Dit zijn bacteriën die veel mensen van nature bij zich dragen in de neusholte en daar meestal onschadelijk zijn. De bacterie kan echter ook ernstige infecties veroorzaken, zoals longontsteking, hersenvliesontsteking, oorontsteking en sepsis. Wereldwijd overlijden bijna één miljoen kinderen aan pneumokok-infecties. Een groot probleem bij de bestrijding van de bacterie is dat steeds meer stammen resistentie verwerven tegen antibiotica.

Belangrijke kennis

Het was al bekend dat bacteriën tegen het ene type antibioticum makkelijker resistentie verwerven dan tegen het andere type; het exacte mechanisme daarachter was echter onbegrepen. Jan-Willem Veening: ‘We laten in dit onderzoek op moleculair niveau zien dat bepaalde antibiotica - die DNA-replicatie remmen - het zogeheten competentieproces aanwakkeren en waarom dat zo is. Dat is belangrijke kennis in de ontwikkeling van nieuwe antibiotica, maar zeker ook voor artsen die patiënten zien met een geschiedenis van antibioticaresistentie. Het is de vraag of dit type antibiotica voor hen een goede keuze is.’

Competentie

‘Deze antibioticaresistentie kan zich razendsnel verspreiden,’ legt Veening uit. ‘Dat komt omdat bacteriën vreemd DNA uit hun omgeving makkelijk kunnen opnemen dankzij een mechanisme dat we competentie noemen. Voor een bacterie kan dat gunstig zijn: in moeilijke omstandigheden kan DNA uit de omgeving toevallig net die eigenschappen bevatten waarmee de bacterie wél kan overleven. Op die manier kunnen bacteriën snel resistentiegenen verwerven tegen allerlei antibiotica.’

Kopieerproces stokt

Antibiotica die het kopieerproces van het bacterieel DNA remmen, blijken precies dit competentiemechanisme te activeren. Veening: ‘DNA van een bacterie is als een cirkel. Ergens zit een punt van waaruit het DNA-kopiëren start. De antibiotica die wij hebben getest, zoals trimethoprim, mitomycine C en fluoroquinolonen als ciprofloxacine, blokkeren dit kopieerproces. Maar ze doen dit niet radicaal; het kopieerproces stokt pas na een tijdje. De genen die vlak naast het beginpunt liggen, zijn dan al gekopieerd en zullen dus in verhouding veel meer in de cel gaan voorkomen.

We hebben deze genen geanalyseerd, en dat blijken nou juist genen te zijn die het competentiemechanisme activeren. Dit type antibiotica verhoogt daarmee de opname van vreemd DNA, waaronder mogelijk resistentiegenen. Antibiotica die op andere manieren bacteriegroei remmen, bijvoorbeeld door de groei van de celwand te blokkeren, activeren het competentiemechanisme niet.’

Universeel mechanisme

Het mechanisme waarmee de DNA-syntheseremmende antibiotica de competentie activeren, lijkt universeel in bacteriën. Veening: ‘Naast S. pneumoniae hebben we genexpressie van andere bacteriesoorten onderzocht, waaronder Staphylococcus aureus, die bijvoorbeeld huidinfecties veroorzaakt, de darmbacterie Escherichia coli, en voedselbederver Bacillus cereus. In alle gevallen bleek dat genen dicht bij het beginpunt van replicatie extra actief worden als gevolg van dit type antibiotica.’

Zie ook de video over het onderzoek van Veening.

Curriculum Vitae

Jan-Willem Veening (Vries, 1978) studeerde moleculaire biologie aan de Rijksuniversiteit Groningen, waar hij ook promoveerde. Na zijn promotie was hij als postdoctoraal onderzoeker verbonden aan het Centre for Bacterial Cell Biology van de universiteit van Newcastle (Groot-Brittannië). Sinds 2009 heeft Veening in Groningen een eigen onderzoeksgroep, gespecialiseerd in onderzoek naar Streptococcus pneumoniae. De groep is onderdeel van het Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute (GBB) van de RUG.

Noot voor de pers

- Het artikel is op 10 april 2014 verschenen in het gerenommeerde tijdschrift Cell. De titel luidt: Antibiotic-Induced Replication Stress Triggers Bacterial Competence by Increasing Gene Dosage near the Origin. http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(14)00216-5

- meer informatie: Jan-Willem Veening