De darmmicroben in ons darmstelsel zijn niet alleen belangrijk voor de vertering, maar ook voor onze afweer en werking van het zenuwstelsel. Helaas hebben interventies zoals antibiotica een negatieve invloed op de samenstelling van deze zogenaamde darmmicrobiota. Antibiotica komen namelijk niet alleen in het bloed, maar ook in de darmen terecht waar ze goedaardige bacteriën doden en voor een onbalans zorgen. Zo’n onbalans kan leiden tot verschillende gezondheidsproblemen. Soms worden antibiotica in combinatie met probiotica voorgeschreven. Deze probiotica zijn echter vaak ook vatbaar voor de antibiotica en kunnen de verloren lichaamseigen darmmicrobiota niet vervangen.
Kaasbacterie
MIT-onderzoekers ontwikkelden daarom een gemodificeerde bacterie die de darmmicrobiota beschermt. Ze gaven de bacterie Lactococcus lactis, die normaal gebruikt wordt om kaas te maken, de eigenschap om in de darmen het enzym β–lactamase te maken. Dit enzym breekt de β–lactam-antibiotica af die het darmkanaal bereiken. Deze antibiotica, zoals ampicilline en amoxicilline, vormen ongeveer 60% van de voorgeschreven antibiotica in westerse samenlevingen.
Lactococcus lactis
Effectief
Om hun idee te testen, gaven de onderzoekers een groep muizen twee orale doses van de bacteriën voor elke injectie met ampicilline. Een andere groep muizen kreeg uitsluitend de antibiotica. De gemodificeerde bacteriën vonden hun weg naar de darm en begonnen β–lactamase te produceren. Bij deze muizen ontdekten de onderzoekers dat de hoeveelheid ampicilline die in de bloedbaan circuleerde net zo hoog was als die bij muizen die de bacteriën niet kregen. Bovendien bleef de microbiële diversiteit in hun darmen veel hoger.
Daarnaast ontwikkelde geen van de muizen die de bacteriën kregen opportunistische darminfecties (C. difficile), terwijl alle muizen die alleen antibiotica kregen juist veel C. difficile-bacteriën in hun darmen hadden. De onderzoekers ontdekten ook veel genen voor antibioticaresistentie in de darmmicroben in muizen die uitsluitend antibiotica kregen. Die genen kunnen worden doorgegeven aan andere (schadelijke) bacteriën, waardoor het probleem van antibioticaresistentie wordt verergerd. En nadat hun werk was voltooid, werden de gemodificeerde bacteriën weer netjes uitgescheiden.
Clostridium difficile
Risico’s afgedekt
Het gebruik van gemodificeerde bacteriën die antibiotica afbreken brengt echter risico’s met zich mee. De aanmaak van de β–lactamase is een vorm van antibioticaresistentie. Bacteriën kunnen hun genen gemakkelijk onder elkaar verspreiden - een proces dat conjugatie of horizontale genoverdracht wordt genoemd. Dat zou in theorie ook kunnen gebeuren met de genen die coderen voor het β–lactamase-enzym, waardoor ook ziekteverwekkende soorten ongevoelig voor deze antibiotica zouden worden.
Om dit probleem voor te zijn, veranderden de onderzoekers de manier waarop de bacterie het enzym aanmaakt. Ze braken het gen voor β–lactamase op in twee stukken. Door beide delen elders in het genoom van de bacterie te zetten, is het zeer onwaarschijnlijk is dat beide delen via horizontale genoverdracht met een andere bacterie worden gedeeld.