Elegante bestrijder van antrax ontdekt

Onderzoekers verbonden aan de Rockefeller University in New York hebben een nieuw antibioticum tegen miltvuur (antrax) ontwikkeld dat zeer snel, effectief en selectief werkt. De kans dat antrax-bacteriën spontaan of kunstmatig resistentie verwerven tegen dit middel lijkt opvallend klein. Daarmee lijkt ook de kans op een fatale terroristische aanslag met antrax-bacteriën die opzettelijk resistent zijn gemaakt tegen gangbare antibiotica belangrijk verkleind.

De onderzoeksgroep aangevoerd door Raymond Schuch, tot voor kort werkzaam op de militaire Uniformed Services University, publiceert haar resultaten deze week in Nature (22 augustus). Het werk is ten dele gefinancierd door DARPA, de research-afdeling van het Amerikaanse ministerie van Defensie.

De nieuwe aanpak steunt op een klassieke faag-therapie, zoals die vooral in het voormalige Oostblok populair was. Bacteriofagen zijn virussen die uitsluitend parasiteren op bacteriën en daarbij vaak zeer specifiek werken. Een aantal fagen tast ook bacteriën aan die voor de mens ziekteverwekkend zijn en zulke fagen zijn dus in principe als therapeutisch middel te gebruiken. In de prakijk zijn er veel beperkingen en heeft een faag-therapie een moeilijk te voorspellen kans op succes.

Schuch c.s bedachten een elegante variant op de klassieke bacteriofaag-therapie. De oplossing die zij vonden steunt niet op de inzet van complete fagen, maar uitsluitend op de inzet van de meest werkzame verbinding die de faag bij zijn vernietiging van antrax-bacteriën gebruikt. In dit geval een lyserend enzym (lysin, niet te verwarren met het aminozuur lysine), dat is een enzym dat de celwand van de antrax-bacterie afbreekt. Het betreffende enzym wordt onder bepaalde omstandigheden geproduceerd door de zogenoemde bacteriofaag gamma en wordt dienovereenkomstig aangeduid met PlyG: phage lysin gamma.

De bacteriofaag gamma wordt al heel lang gebruikt als diagnostisch hulpmiddel bij het aantonen van de antrax-bacterie, Bacillus anthracis. Afgezien van een enkele Bacillus cereus-stam (in het bijzonder stam RSVF1, die algemeen voor een gemuteerde antrax-bacterie wordt versleten) worden uitsluitend antrax-bacteriën door de faag aangetast. Als een reincultuur van een onbekende bacteriesoort opheldert na toevoeging van gamma-faag staat wel vast dat het om antrax-bacteriën gaat.

Zonder bijzondere moeite isoleerde de groep van Schuch uit het grote aantal verbindingen dat de gamma-faag produceert als hij parasiteert op antrax-bacteriën die ene verbinding die verantwoordelijk is voor de vernietiging van de celwand: PlyG. (Voor de huidige experimenten heeft men het PlyG vervolgens laten produceren door een E.coli-bacterie die met behulp van recombinant technieken van het noodzakelijke DNA was voorzien. Ook is het enzym volgens de regels der kunst gezuiverd.) Geverifieerd werd dat PlyG ook inderdaad hetzelfde werkingsspectrum heeft als de complete faag, dus dat dezelfde bacteriestammen die gevoelig zijn voor gamma-faag ook gevoelig zijn voor PlyG.

En passant werd daarbij de enigszins verrassende, maar cruciale ontdekking gedaan gedaan dat het enzym PlyG de antrax-celwand net zo makkelijk van buitenaf aantast als van binnenuit. Onder meer natuurlijke omstandigheden komt het enzym pas vrij nadat de gamma-fagen de antraxbacterie zijn binnengedrongen. In de natuur werkt het van binnenuit.

Endosporen

Proeven met muizen die opzettelijk met `antrax' waren besmet toonden aan dat het gezuiverde PlyG de antrax-bacteriën in het muizenbloed snel vernietigde. Veiligheidshalve werd hierbij overigens gewerkt met een antrax-look alike: de bovengenoemde RSVF1-stam die, wordt aangenomen, zich tegenover PlyG net zo gedraagt als echte antrax-bacteriën. Afzonderlijk onderzoek toonde aan dat antrax-endosporen, dikwandige overlevingsstructuren, ongevoelig zijn voor PlyG. Maar zodra de sporen kiemen zijn ze weer kwetsbaar.

Op het eerste gezicht voegt PlyG niet heel veel toe aan de bescherming die antibiotica als penicilline, ciprofloxacine en doxycycline al bieden. De stof deelt met deze klassieke antibiotica het bezwaar dat hij niet meer `helpt' als een antrax-infectie te laat wordt ontdekt en al veel antrax-bacteriën in het bloed terecht zijn gekomen. Het bijzondere en aantrekkelijke van PlyG is, of lijkt, dat antrax-bacteriën er niet snel resistent tegen kunnen worden, zoals wel het geval is met diverse andere antibiotica. Het lysin grijpt kennelijk aan op zo'n elementaire structuur van de celwand dat bij een spontane verandering van die structuur de bacterie-cel sowieso te gronde gaat. De groep van Schuch kweekte RSVF1-bacteriën in aanwezigheid van een krachtige mutagens en stelde vast dat er wel veel resistentie ontstond tegen de antibiotica novobiocine en streptomycine maar niet tegen PlyG. Daarmee lijkt voor terroristen en andere kwaadwillenden de kans verkeken om een antrax-bacterie te `maken' die alle bestaande verdedigingsmiddelen de baas is.

Openbarsten

In een afzonderlijke onderzoekslijn hebben Schuch c.s. vastgesteld dat PlyG ook goede diensten kan bewijzen als diagnostisch hulpmiddel in een snelle, ondubbelzinnige antrax-test. Omdat PlyG uitsluitend antrax-bacteriën aanpakt en dat bovendien zeer snel doet (de cellen kunnen al binnen seconden openbarsten) is het verschijnen van `verse' celinhoud als een zeker teken van antrax-aanwezigheid te beschouwen. Traditioneel wordt de verbinding ATP als karakteristiek voor levende celinhoud gezien, ook Schuch heeft daarop zijn test gebaseerd. Omdat vaak niet kan worden uitgesloten dat de antrax-bacteriën in de vorm van endosporen aanwezig zijn is de hier beschreven test uitgebreid met een stap waarin eventueel aanwezige sporen gegarandeerd tot kiemen worden gebracht. De informatie van de PlyG-test kan belangrijke en snelle steun geven aan al bestaande diagnostische testen.