Polymyxinen veranderen celmembranen in broze, breekbare kristallen
Polymyxine “laatste redmiddel” antibiotica doden bacteriën door hun celmembranen te kristalliseren.
Om resistente bacteriën te doden, lenen ‘laatste redmiddel’-antibiotica een tactiek uit Medusa’s draaiboek: verstening.
Nieuwe microscoopbeelden met hoge resolutie laten zien dat een klasse antibiotica, polymyxines genaamd, de celmembranen van bacteriën kristalliseert. De honingraatvormige kristallen die zich vormen, veranderen de meestal soepele huiden van vetmoleculen van de microben in dunne broze vellenrapporteren onderzoekers op 21 oktober in Natuurcommunicatie. Als de versteende vliezen breken, sterven de bacteriën.
De bevinding was een totale verrassing, zegt Sebastian Hiller, een structurele bioloog aan de Universiteit van Basel in Zwitserland.
Hiller, biofysicus Selen Manioğlu en hun collega’s hadden de antibiotica gebruikt als controle voor een ander experiment. Toen de onderzoekers hun microscopen aanzetten, “zagen we deze wafels”, zegt Hiller. “Ik herkende het meteen, wauw, dit moet iets bijzonders zijn.”
Polymyxine-antibiotica zoals colistine werden ontdekt in de jaren 1940 en worden nu gebruikt als een krachtige verdediging tegen bacteriën die resistentie hebben ontwikkeld tegen de meeste andere medicijnen. Onderzoekers wisten al dat polymyxinen op de een of andere manier interfereren met bacteriële celmembranen. Maar niemand had zich een scenario voorgesteld zoals de “wafels” die het team ontdekte.
In de nieuwe studie legden Hiller en collega’s stukjes celmembraan bloot van Escherichia coli tot variërende colistineconcentraties. Beeldvorming met atoomkrachtmicroscopie onthulde dat kristallen zich vormden bij de minimale concentraties die nodig zijn om de bacteriën te doden. Colistine-resistente stammen die aan het medicijn werden blootgesteld, vormden geen kristallen.
De resultaten geven aan dat polymyxinen werken door het celmembraan in een kristallijne structuur te rangschikken waardoor het broos en kwetsbaar wordt. “Dat is iets dat tot nu toe niet eens in de verste verte werd verondersteld”, zegt Markus Weingarth, een biochemicus aan de Universiteit van Utrecht in Nederland die niet bij het werk betrokken was. “Het is een heel belangrijke studie. Ik zou zelfs zeggen dat het een doorbraak is.”
Hoe polymyxines celmembranen precies kristalliseren, blijft onduidelijk. Dat is een probleem omdat sommige bacteriën resistent zijn geworden tegen polymyxinen en wijdverspreider worden (SN: 27-5-2016; SN: 10/30/90). Zonder meer studies zoals deze om te helpen onthullen hoe de medicijnen werken, kunnen wetenschappers de antibiotica niet effectief aanpassen om ze effectiever te maken, zegt Weingarth.
Hiller hoopt dat deze eerste glimp van de verstenende krachten van polymyxinen wetenschappers zal helpen de resistentie tegen antibiotica te bestrijden.
“Het begrijpen van deze concepten zal zeker veel ideeën opleveren – en het potentieel om nieuwe medicijnen te maken”, zegt Hiller.
