Antibioticum met een ‘aan’ knop

Een antibioticum waarvan de activiteit te controleren is met licht. Dat is het nieuwste werk van chemici van de Rijksuniversiteit Groningen. Ze kunnen het vlak voor gebruik ‘aan’ zetten waarna het middel langzaam zijn activiteit verliest. Een handige vondst om te voorkomen dat werkzame antibiotica in het milieu belanden en bacteriën resistent maken.

18 september 2013

Blaas-, keel-, of longontsteking: dankzij antibiotica hebben zulke bacteriële infecties geen dodelijke afloop meer voor ons. Ook veel landbouwdieren krijgen het elke dag toegediend om ziektes te voorkomen en behandelen. Maar een groot deel van de antibiotica plassen mensen en dieren uit zonder dat het spul eerst door het lichaam is afgebroken. Bijvoorbeeld via de riolering belanden de medicijnen in het milieu met als gevolg dat bacteriën er ongevoelig (resistent) voor kunnen worden.

Wat ideaal zou zijn? Een antibioticum dat direct na het slikken of spuiten actief is om infecties te bestrijden maar zijn activiteit is verloren tegen de tijd dat we het uitplassen op de wc. Dat was de gedachte van het Groningse onderzoeksteam. Onder leiding van hoogleraar organische chemie Ben Feringa plaatsten ze daarom een schakelaar in een antibioticum. Daarmee is de antibacteriële werking met licht aan en uit te zetten. Deze week staat de vondst online in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Chemistry.

Knutselen aan het molecuul

Om in te kunnen grijpen op de activiteit van een antibioticum moet je controle hebben over de structuur van het antibiotica-molecuul. Want verander je de structuur, dan veranderen de eigenschappen van het molecuul. Een promovendus in het lab van Feringa, Willem Velema, maakte verschillende varianten van een veelgebruikt antibioticum waaraan hij een schakelbare groep hing die omklapt onder invloed van licht.

“Het is lastig te voorspellen wat er gebeurt met de activiteit als een groep in het molecuul veranderd wordt’, zegt Velema in het persbericht van de Rijksuniversiteit Groningen. “Dat moet precies op de juiste manier gebeuren.” Want een nieuw ingebouwde groep beïnvloedt natuurlijk de oorspronkelijke werking van het antibioticum.

Schakelen met licht

Er bleek één variant van het antibioticum waarbij de ‘aan-’ en ‘uit’-stand duidelijk een verschil in werkzaamheid tegen bacteriën opleverde. De schakelaar zorgt er voor dat het antibioticum in zijn normale vorm niet werkt. Maar na bestraling met ultraviolet licht klapt het schakelmolecuul om waardoor het antibioticum een andere, actieve vorm krijgt.

Het lukte het team om het antibioticum op elk gewenst moment aan te zetten door het te beschijnen met UV-licht. Vervolgens viel het molecuul bij lichaamstemperatuur vanzelf terug naar de niet-werkzame vorm. Dat duurde ongeveer twee uur.

Blinde muizen

Een moleculaire schakelaar aangedreven door licht is geen trucje dat door wetenschappers is uitgevonden. Velema: “Je komt ze in het menselijk lichaam ook tegen, in het oog.” Als fel licht op het netvlies valt dan verandert het molecuul rodopsine van structuur wat er uiteindelijk voor zorgt dat je oog zich aanpast aan schemering. Na ongeveer drie kwartier in het donker heeft rodopsine zijn oude vorm weer terug gekregen.

“Al ruim veertig jaar maken onderzoekers gebruik van dit soort schakelaars”, licht Velema toe. “Maar de toepassingen worden steeds spectaculairder. Een door licht gedreven schakelaar heeft bijvoorbeeld vorig jaar in een Amerikaans onderzoek het netvlies van blinde muizen weer gevoelig gemaakt voor licht. Daardoor kregen de beestjes weer een klein beetje zicht.”

In de actieve stand, dus na beschijning met UV-licht, bindt het antibioticum aan een enzym van de bacterie wat leidt tot blokkering van zijn DNA-verdubbeling.
Thinkstock

Ingrijpen van buitenaf

In het persbericht over het onderzoek benadrukt Ben Feringa dat de experimenten alleen bedoeld zijn om te laten zien dat het mogelijk is de werkzaamheid van een antibioticum te controleren met licht. “De weg van dit idee naar een werkend geneesmiddel is erg lang. Het kan nog wel tien jaar duren.”

Naast dat een schakelbaar antibioticum geen last is voor het milieu, zou het ook heel gericht specifieke plekken in het lichaam kunnen behandelen. Feringa: “Voor een infectie in de huid kan je een onwerkzaam antibioticum slikken en dat op de plaats waar het nodig is activeren. Dan dood je geen nuttige darmbacteriën.”

Bron:

Willem A. Velema e.a, Optical control of antibacterial activity, Nature Chemistry, online 15 september 2013 DOI: 10.1038/nchem.1750