Door toenemende bacteriële resistentie en de moeilijkheden die gepaard gaan met de bestrijding van chronische infecties, wordt er gezocht naar nieuwe antibacteriële strategieën. De recent ontdekte miniDNases (kleine nucleases) zouden hierbij een oplossing kunnen bieden. In mijn thesis gebruikte ik protein-engineering om deze miniDNases te koppelen aan antimicrobiële peptiden, om op een alternatieve manier biofilmgeassocieerde bacteriële infecties te bestrijden.
Sinds de ontdekking van penicilline door Flemming in 1928, zijn antibiotica decennia lang gebruikt in de strijd tegen infecties. Door overgebruik zijn pathogene bacteriën resistent geworden tegen de beschikbare antibiotica. Zo ook voor Pseudomonas aeruginosa, een opportunistische pathogeen dat onder meer longweginfecties veroorzaakt bij mucoviscidose-patiënten en infecties op implantaten. Bovendien groeit het pathogeen vooral in biofilms (Figuur 1A). Deze biofilm omvat bacteriën ingebed in een matrixstructuur en zorgt zo voor een verhoogde tolerantie tegen antibacteriële middelen. Extracellulair DNA is een belangrijke component voor de vorming en stabilisatie van deze biofilms. Door de toenemende resistentie en de vorming van biofilms, is men op zoek naar nieuwe antibacteriële strategieën tegen P. aeruginosa infecties.
Eén van de mogelijke nieuwe bronnen die worden geëxploreerd zijn (bacterio)fagen en hun afgeleide proteïnen. Zo heeft het Laboratorium voor Gentechnologie recent miniDNases ontdekt, afkomstig uit fagen. Deze miniDNases hebben het vermogen om DNA op een niet-specifieke manier af te breken en hebben een laag moleculair gewicht, waardoor ze niet worden herkend door ons immuunsysteem en dus langer werkzaam blijven.
Daarnaast worden ook antimicrobiële peptiden gesuggereerd als antimicrobiële strategie. Deze peptiden kunnen pathogenen op een niet-specifieke manier doden. Bovendien wordt verwacht dat pathogene bacteriën geen of weinig resistentie zullen ontwikkelen tegen deze peptiden.
In mijn masterthesis heb ik verschillende antimicrobiële peptiden gekoppeld aan miniDNases (Figuur 1B). Op deze manier zal het nuclease het extracellulaire DNA aanwezig in de biofilm afbreken. Hierdoor worden de aanwezige cellen blootgesteld en worden ze afgedood door de antimicrobiële peptiden. In deze proof-of-concept werd aangetoond dat een aantal fusie-eiwitten beide activiteiten (antibacteriële en anti-biofilmactiviteit) succesvol combineren en zo P. aeruginosa bestrijden waar traditionele antibiotica falen.
Bovendien hebben deze nieuwe fusie-eiwitten een brede werking waardoor ze zowel grampositieve als gramnegatieve bacteriën inhiberen. Dit impliceert dat deze nieuwe antibacteriële strategie potentieel werkzaam is tegen een breed spectrum van bacteriële infecties.
Wil je Kaat aan het werk zien? Kom dan naar de finale van de VBI Student Research Awards op 14 oktober in de Aula van de 2e Hoofdwet in Leuven en help haar de hoofdprijs te bemachtigen! Meer info