De jacht op nieuwe antibiotica

Fagen, peptiden en chemie in de strijd tegen resistentie

Antibioticaresitentie komt steeds vaker voor. Nieuwe middelen bieden wellicht uitkomst. Wetenschappers speuren in vissen, kikkers, insecten en de mens naar kandidaatantibiotica, en sleutelen aan reeds bekende middelen. Het ultieme doel is een antibioticum waar bacteriën geen weerwoord op hebben.

‘We hopen het einde van een mooi tijdperk nog even uit te stellen.’ Zo besluit arts-microbioloog dr. J.A.J.W. Kluytmans zijn artikel over de problemen met antibioticaresistentie (blz. 1048 van dit nummer). Het tijdperk waar hij op doelt is dat van het ‘antibiotische bestaan’. Kluytmans is van mening dat het ook in Nederland steeds vaker zal voorkomen dat bacteriën op geen enkel antibioticum meer reageren, het terughoudende voorschrijfbeleid en preventieve maatregelen ten spijt. Tegen het jongste antibioticum, linezolid (Zyvox), is al snel weer resistentie ontstaan. ‘Het antibiotische bestaan is eindig’, is Kluytmans’ ‘onontkoombare conclusie’.

Zeldzaam

Niet iedereen ziet de toekomst wat betreft de antibioticaresistentie zo somber in. Er zijn namelijk antibacteriële middelen in ontwikkeling waartegen minder snel, of zelfs helemaal geen resistentie optreedt. Althans, in theorie.

‘Resistentie lijkt een zeldzame gebeurtenis’, zegt microbioloog Vincent Fischetti van de Rockefeller Universiteit in New York in een artikel in The Scientist van maart. Fischetti heeft het over lysines, enzymen die bacteriofagen gebruiken om zich uit een bacterie te bevrijden. Deze lysines maken de celwand stuk, waardoor de bacterie sterft.

Lysines werken volgens Fischetti als smart bombs; alleen de ziekmakende bacteriën worden ermee gedood. De gedachte hierachter is dat fagen een hoge gastheerspecificiteit hebben. Een faag hoort als het ware bij een bepaalde bacteriesoort. Omdat bacteriën zich niet goed weten te wapenen tegen fagen, is de hoop dat resistentie tegen een op fagen gebaseerd middel niet zo snel zal optreden.

Het idee om fagen in te zetten tegen bacteriële infecties is zeker niet nieuw. Vrij snel na de ontdekking van de bacteriedodende virussen in 1915 door de Fransman d’Herelle is dit ook al getracht. Het farmaceutische bedrijf Eli Lilly heeft in de jaren dertig zelfs fagen voor therapeutisch gebruik op de markt gebracht.

Vanwege wisselende resultaten, maar met name door de komst van beter werkende antibiotica, zijn de studies naar fagen als antibioticum min of meer in de vergetelheid geraakt. Vanwege de resistentieproblematiek is het onderzoek naar klinische toepassingen echter weer opgepikt. Twee biotechnologiebedrijven in de Verenigde Staten zijn al een eind op weg met de ontwikkeling van klinische toepassingen van bacteriofagen. Zonder tegenslagen kunnen de middelen over drie jaar op de markt zijn.

Overleven

Andere potentiële antibiotica worden gevormd door anti-microbiële peptiden. Bij een aantal organismen spelen deze eiwitfragmenten een zeer belangrijke rol in hun afweersysteem. Hoewel vaak wordt gesteld dat bacteriën op den duur resistent worden tegen elk antibioticum, gaat dit mogelijk niet op voor peptiden. Sommige organismen zijn in de strijd tegen pathogenen namelijk volledig afhankelijk van deze peptiden en weten toch al eeuwen te overleven. Wetenschappers struinen dan ook in het biologisch materiaal van insecten, kikkers, vissen, apen, maar ook in dat van mensen naar peptiden die in staat zijn om bacteriën te doden of op zijn minst de groei ervan te vertragen. Daarnaast worden ook kunstmatig vervaardigde peptiden op hun antibiotische eigenschappen getest.

De inmiddels honderden gekarakteriseerde anti-microbiële peptiden (te vinden op

http://www.bbcm.univ.trieste.it/~tossi/antimic.html

) hebben één overeenkomst: ze worden gekenmerkt door dusdanige elektrochemische eigenschappen dat ze de celmembranen van pathogene micro-organismen kunnen binnendringen. De peptiden vormen vervolgens een porie in de celwand waardoor de bacterie lek raakt en overlijdt.

In proefdieronderzoek is al aangetoond dat de rings of destruction, zoals de door de peptide gevormde poriën in Nature zijn betiteld, in staat zijn om muizen te beschermen tegen anderszins letale doses van de meticilline-resistente Staphylococcus aureus.

Nog geen enkel op een peptide gebaseerd antibioticum heeft vooralsnog marktautorisatie verkregen. Een probleem met de in de natuur voorkomende peptiden is dat de werkzame doses vaak dicht tegen de toxische dosis aanschuren. Mede vanwege de onbekendheid met de langetermijntoxiciteit bij systemisch gebruik, kiezen farmaceutische bedrijven voor het ontwikkelen van middelen voor topicaal gebruik. Voor magainin, een antibioticum van Genaera en GlaxoSmithKline dat als zalf voor de diabetische voet is ontwikkeld, mocht dat niet baten. Het van de Afrikaanse klauwkikker afkomstige peptidepreparaat verkreeg geen registratie van de Food and Drug Administration. Een synthetische variant van magainin bevindt zich inmiddels in het stadium van de fase-3-studies. Datzelfde geldt voor een systemisch middel tegen meningokokken en een oraal middel tegen mucositis.

Lange weg

Ook in Nederland werken een handvol bedrijven en onderzoeksgroepen aan de ontwikkeling van anti-microbiële peptiden. Martin Hessing is wetenschappelijk directeur van AM-Pharma, een in Bilthoven gevestigd biotechnologiebedrijf. Het bedrijf is in 2000 opgezet na de ontdekking van onderzoekers van de afdeling Tandheelkunde van de Vrije Universiteit dat speeksel de antimicrobiële stof histatine bevat. In samenwerking met de VU onderzoekt AM-Pharma de mogelijkheid om van histatine afgeleide peptiden te gebruiken bij de behandeling van osteomyelitis.

Een andere onderzoekslijn van AM-Pharma richt zich op van lactoferrine afkomstige peptiden. Hiervoor wordt samengewerkt met het LUMC. Onderzocht wordt of deze peptiden zijn in te zetten tegen hepatitis C. Peptiden werken namelijk niet alleen tegen bacteriën. Alle micro-organismen met een celmembraan waar de peptiden zich in weten te nestelen, zijn in principe doelwit.

‘Ons bedrijf richt zich op humane peptiden’, zegt Hessing. ‘Het idee hierachter is dat toxiciteit een minder groot probleem is bij menseigen stoffen. In toxiciteitsonderzoeken met een peptide afkomstig van lactoferrine is dat ook aangetoond. Bovendien is het mogelijk dat je niet hoog hoeft te doseren, omdat is gebleken dat humane peptiden zeer specifiek kunnen zijn. In proefdieronderzoek met radioactief gelabelde lactoferrinepeptiden blijkt dat de eiwitfragmenten zich ophopen op de plaats van de infectie.’

Hessing denkt dat het mogelijk is om volgend jaar van start te gaan met lactoferrinepeptiden in fase-1-studies. Eerst moet nog meer basaal onderzoek worden verricht. ‘Het is inmiddels duidelijk dat peptiden meer doen dan de celwand van micro-organismen verstoren. Ze blijken ook allerlei effecten op het immuunsysteem te hebben. Wat dat betekent, moet eerst in kaart worden gebracht.’

Het doorlopen van de fase-1- tot fase-4-studies betekent dat het nog jaren gaat duren voor er een geneesmiddel is ontwikkeld. ‘Het is een lange weg’, erkent Hessing. ‘En niet zonder hobbels. De financiering van dit soort onderzoek is niet eenvoudig. Omdat bekend is dat maar een klein percentage van de kandidaatgeneesmiddelen uiteindelijk wordt geregistreerd, zijn investeerders huiverig. Het is daarom belangrijk dat je tegelijkertijd aan de ontwikkeling van verschillende geneesmiddelen werkt.’

Hessing acht het niet waarschijnlijk dat AM-Pharma ook daadwerkelijk zelf de antibiotica op de markt zal brengen. ‘Klinische studies kosten veel geld. Als een middel de fase-2-studies met goed gevolg heeft doorlopen, raken grote farmaceutische bedrijven geïnteresseerd. En die hebben de middelen om de klinische trials te financieren. Het ligt dan ook in de lijn der verwachting dat zo’n bedrijf te zijner tijd het middel, of zelfs het hele bedrijf, overneemt.’

Antisepsis

Dankzij een fusie met het Utrechtse bedrijf PharmAAware vorige maand, bestaat het assortiment van AM-Pharma niet alleen uit peptiden. Het onderzoek van PharmAAware richt zich op het enzym alkalische fosfatase, dat in staat is om het bacteriële endotoxine lipopolysaccharide onschadelijk te maken. Alkalische fosfatase is hiermee een potentieel middel tegen sepsis. Het Bilthovense bedrijf is niet de enige die dit pad bewandelt. Het naast het UMC Utrecht gevestigde bedrijf JARI Pharmaceuticals doet dit ook.

‘We richten ons sterker op antisepsis dan op de anti-microbiële eigenschappen van peptiden’, stelt JARI’s programmadirecteur Stef Stienstra. ‘Daar is vanuit de farmaceutische industrie momenteel namelijk meer interesse voor. Maar dat betekent niet dat we de antibiotische eigenschappen van peptiden niet meer interessant vinden. Het onderzoek op dat gebied gaat gewoon door.’

JARI is in 2000 opgericht op basis van patenten van UMC-onderzoekers. Het bedrijf richt zich in hoofdzaak op ontstekingsremmers. Het leeuwendeel van het onderzoek heeft JARI uitbesteed aan het Eijkman-Winkler Instituut dat wordt geleid door prof.dr. Jan Verhoef, die ook een functie als wetenschappelijk adviseur bij JARI bekleedt.

JARI heeft momenteel twee nieuwe groepen peptiden die zowel endotoxine binden en bovendien antibiotische eigenschappen hebben. De peptiden zijn niet van dierlijke of humane oorsprong. Het zijn in de natuur niet-voorkomende peptiden, maar  geconstrueerde synthetische peptiden. ‘Wij hebben hier uit praktisch oogpunt voor gekozen’, aldus de medicus en biochemicus Stienstra. ‘Het grote voordeel van een synthetisch peptide boven een natuurlijk voorkomend peptide is dat je geen andere stoffen nodig hebt voor een effectieve breedspectrumwerking en dat het relatief lang in het bloed werkzaam is. Bovendien is een synthetisch peptide onder zeer goed omschreven omstandigheden te maken. Dit is een voordeel, want de registratie-autoriteiten verlangen dit niet alleen, maar zijn hier ook beter mee bekend. Aan biologische geneesmiddelen kleeft altijd de angst voor besmetting met bijvoorbeeld prionen.’

Hoewel de peptiden antibiotische eigenschappen hebben, zal JARI zich meer op de endotoxinebindende capaciteiten ervan richten. Dat past beter bij de kernactiviteiten van JARI en daar is bovendien vanuit de farmaceutische industrie meer belangstelling voor. ‘Peptiden zijn relatief duur en zullen dus niet snel worden ingezet als antibioticum. Maar sepsis is levensbedreigend. Dat verandert de zaak. De antibiotische eigenschappen beschouwen we als een positieve bijwerking.’

Stienstra denkt dat de klinische studies naar een peptide volgend jaar van start gaan. Al veel eerder zal een bepaald peptide een andere toepassing krijgen. JARI voert besprekingen  met een bedrijf dat de endotoxinebindende eigenschap van het peptide zal gebruiken voor de ontwikkeling van een diagnostische test voor sepsis en een zeer gevoelige test voor het aantonen van endotoxinen in infusievloeistoffen.

Klassiek

Niet alle onderzoekers richten hun pijlen op helemaal nieuwe of vergeten vormen van antibiotica. Dr. Floris Louis van Delft richt zich op het klassieke, tot de aminoglycosiden behorende antibioticum neomycine. De Nijmeegse chemicus onderzoekt of het mogelijk is om neomycine te verbeteren, zodat het minder bijwerkingen geeft. Neomycine verstoort de peptidesynthese in bacteriën door aan het ribosomaal RNA te binden, maar heeft ook nefro- en ototoxische eigenschappen doordat het kan binden aan humaan RNA.

Voor zijn idee om neomycine te verbeteren ontving Van Delft vorig jaar een NWO-stimuleringspremie van 1,6 miljoen gulden (ruim 725 duizend euro) waarvan hij een syntheserobot kocht, twee aio’s kon aanstellen en vijf jaar onderzoek kan verrichten.

Het eerste deel van de studie richt zich op de ontwikkeling van de chemie om het antibioticum te kunnen synthetiseren. De syntheserobot wordt vervolgens geprogrammeerd om er variaties op te maken. ‘Het is bekend dat neomycine bij binding aan het ribosomaal RNA van bacteriën een bepaalde conformatie aanneemt. Wellicht lukt het om neomycine chemisch zo te veranderen dat het die conformatie al voorafgaande aan de RNA-binding heeft, met natuurlijk de hoop dat het daardoor specifieker is geworden, en bijvoorbeeld minder vatbaar voor resistentie. De specificiteit zal in eerste instantie met bindingsstudies moeten worden bepaald, maar daarmee weet je nog niet of je ook een antibiotisch middel hebt. Dat vraagt nog heel wat extra onderzoek.’

Hoe ver Van Delft met het onderzoek komt, durft hij niet te zeggen. Het uitontwikkelen van een klinisch toepasbaar antibioticum zal in ieder geval niet binnen de Nijmeegse universiteit plaatsvinden. Volgens van Delft is dat geen academische taak. Wel is er vanuit de farmaceutische industrie al interesse getoond voor zijn onderzoek. ‘Er zijn inderdaad contacten, maar daarover kan ik niks zeggen.’

Positief

Of de faagenzymen, peptiden of aangepaste vormen van bestaande middelen het werkelijk tot klinisch toepasbare antibiotica zullen brengen en of er geen of niet snel resistentie optreedt, zal de toekomst uitwijzen. Maar ook als de onderzoekingen geen nieuwe succesvolle breedspectrum-antibiotica opleveren, lijken de ontwikkelingen positief. Wellicht zullen porievormende peptiden een aanvulling vormen op bestaande antibiotica. Door bijvoorbeeld de toegang voor antibiotica tot de bacterie te vergemakkelijken. Ook andere toepassingen liggen in het verschiet. Als middelen niet systemisch toepasbaar blijken te zijn, is het misschien wel mogelijk om infectierisico’s te verlagen door toepassing als lokaal antibioticum voorafgaande aan bijvoorbeeld katheterisatie of het aanbrengen van een infuus. Ook het voorafgaand aan een operatie doden van in de neusholte aanwezige stafylokokken door middel van een antibiotische neusspray of -zalf, kan de noodzaak voor het gebruik van klassieke antibiotica verminderen.

Al het onderzoek dat wordt verricht in het kader van het vinden van nieuwe antibiotica, levert natuurlijk ook nieuwe inzichten in het immuunsysteem op. Recentelijk is bijvoorbeeld ontdekt dat het essentiële aminozuur isoleucine de expressie van genen die coderen voor een humaan antibiotisch peptide, kan stimuleren. Ook dit is een aanknopingspunt om de strijd tegen de resistente bacteriën aan te gaan. Een strijd die op voorhand nog niet is verloren.

Literatuur
• Kluytmans J.A.J.W. Zorgen om de dag van morgen. Medisch Contact 2002; 57 (28-29): 1048-50.  • Fisher Wilson J. Renewing the fight against bacteria. The Scientist 2002; 16 (5): 22-3.  • Fisher Wilson J. Retracing steps to find new antibiotics. The Scientist 2002; 16 (5): 24-5.  • Johnston N. Bacteriophages: the comeback kids. The Scientist 2002; 16 (5): 25.  • Ganz T. Rings of destruction. Nature 2001; 412: 392-3. • Zasloff M. Antimicrobial peptides of multicellular organisms. Nature 2002; 415: 389-95.

foto: Hans Oostrum

Ook in dit nummer: Zorgen om de dag van morgen - over de eindigheid van antibiotica

Brieven

Naar aanleiding van twee bijdragen in Medisch Contact, "Zorgen om de Dag van Morgen" en "De Jacht op nieuwe Antibiotica".

Door middel van een restrictief antibioticum-beleid en een "search and destroy"-beleid t.a.v. resistente bacteriën proberen wij in Nederland te voorkomen dat antibiotica onbruikbaar worden in de strijd tegen bacteriële infecties. Dr. J.A.J.W.Kluytmans, auteur van de bijdrage "Zorgen om de Dag van Morgen", beschrijft helder hoe antibiotica-resistentie zich verspreidt over de wereld en dat zelfs kort na de introductie van een geheel nieuw antibioticum al resistentie is ontstaan tegen dit antibioticum. Hij pleit dan ook voor het handhaven van een beleid dat "het einde van een mooi tijdperk nog even kan uitstellen".

Evert Pronk stelt ons gerust met zijn bijdrage "De jacht op nieuwe antibiotica". Er worden, schrijft hij, immers veelbelovende, nieuwe middelen onderzocht om infecties te kunnen behandelen: antibacteriële peptiden, faagenzymen en aangepaste vormen van bestaande antibiotica. Dit zijn natuurlijk nog vogels in de lucht en het is zeer de vraag of wij er één van in onze hand krijgen.

Daarnaast doet zich nog een ander probleem voor dat de situatie nog zorgelijker maakt. Goed werkzame antibiotica blijken van de ene dag op de andere niet meer leverbaar te zijn. Onlangs zijn om diverse commerciële redenen antibiotica uit de handel gehaald (o.a. aztreonam en cefixim) en zijn er leveringsproblemen opgetreden van intraveneuze antibiotica (imipenem, piperacilline/tazobactam). Een fabrikant besluit de ceftriaxon formulering van 250 mg voor i.m. gebruik niet meer te leveren, ondanks dat in de landelijke richtlijnen voor geslachtsziektebestrijding deze lage dosis wordt aanbevolen. Vials met 500, 1000 en 2000 mg blijven natuurlijk wel beschikbaar.

Is de farmaceutische industrie niet meer geïnteresseerd in de antibiotica-markt in Nederland met zijn conservatieve beleid? Of heeft ook zij haar zinnen gezet op de volgende generatie anti-infectie middelen?

R.W.Brimicombe, arts-microbioloog