Antibioticum met een ‘aan’ knop

Geneesmiddelen die je naar believen aan kunt zetten, misschien wordt dat wel eens een nieuwe trend in de moderne geneeskunde. Je kunt er in ieder geval mee voorkomen dat antibiotica in het milieu terechtkomen. Scheikundigen van de Rijksuniversiteit Groningen hebben een antibioticum met een ‘aan’ knop ontwikkeld. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Chemistry .

De meeste geneesmiddelen die wij slikken komen uiteindelijk via het riool in het milieu terecht. In riviertjes zijn al meetbare concentraties oestrogenen (van de anticonceptiepil), antidepressiva of antibiotica gevonden. Antibiotica in het milieu kunnen de ontwikkeling van resistente bacteriën stimuleren.

Een innovatieve oplossing voor dat laatste probleem is om de activiteit van het antibioticum controleerbaar te maken. Dat is het idee dat leefde bij de onderzoeksgroep van RUG-hoogleraar organische chemie Ben Feringa, een pionier op het terrein van met licht bedienbare moleculaire schakelaars. Het zette promovendus Willem Velema aan het werk met de opdracht om zo’n antibioticum te maken. Vervolgens moest Velema de werking testen in samenwerking met de groep van hoogleraar moleculaire biologie Arnold Driessen.

Venema legt uit dat het maken van zo’n antibioticum met een schakelaar deels kunde is, en deels kunst. Door de schakelaar aan het antibioticum te koppelen, veranderde hij immers de vorm van het molecuul. ‘We kenden de structuur van het complex waar het antibioticum aan vast gaat zitten om z’n werk te doen, dus we hadden enig idee waar we de schakelaar het best konden plaatsen.’ Maar uiteindelijk is het een kwestie van proberen en testen. ‘Ik heb negen verschillende varianten gemaakt, waarvan er één uitstekend bleek te werken.’

Het antibioticum-met-schakelaar is om te beginnen niet actief, maar wanneer je er met ultraviolet licht op schijnt draait een deel van de schakelaar om, wat het geneesmiddel activeert. In chemische termen: de moleculaire schakelaar gaat van een trans-isomeer over in een cis-isomeer. Maar die laatste stand is niet stabiel: met een halfwaardetijd van twee uur valt de schakelaar terug naar de trans-isomeer. Daaruit volgt dat een antibioticum dat je net voor gebruik ‘aan’ zet voor het grootste deel weer inactief zal zijn tegen de tijd dat het in het riool terechtkomt.

Maar het zal nog jaren duren voordat er echte geneesmiddelen met zo’n schakelaar op de markt komen, waarschuwt Feringa. ‘Het ontwikkelen en testen van een nieuw geneesmiddel voor mensen duurt al snel tien jaar.’ Hoewel het antibioticum dat Velema aanpaste al geregistreerd is, kan de schakelaar de werking en de eigenschappen veranderen. ‘Ons doel was vooral om te laten zien dat we een licht-gestuurde schakelaar kunnen gebruiken om de biologische activiteit van een molecuul te controleren.’

Het schakelbare antibioticum kan al wel worden gebruikt bij onderzoek. De mogelijkheid om de activiteit waar en wanneer je maar wilt te controleren biedt allerlei mogelijkheden. De onderzoekers lieten daar een voorbeeld van zien in hun Nature Chemistry artikel. Zij lieten bacteriën groeien op een kweekplaat, met daarin het schakelbare antibioticum. Vooraf hadden ze die plaat belicht door een masker met een Yin-Yang patroon, waardoor ze het antibioticum op een deel van de plaat activeerden. Het resultaat: de bacteriën groeiden in dat Yin-Yang patroon.

Op lange termijn zijn er zeker interessante medische toepassingen denkbaar. ‘Je kunt bijvoorbeeld een patiënt met een huidinfectie de niet-actieve vorm toedienen, en het antibioticum alleen activeren op de plaats waar het nodig is.’ Zo’n gerichte behandeling voorkomt dat het antibioticum nuttige darmbacteriën doodt. En als de schakelaar bediend kan worden met ver-infrarood licht – dat diep in weefsels kan doordringen – zou je deze behandeling veel breder kunnen toepassen.

De groep van Feringa gaat verder met het onderzoeken van de toepassingen van schakelmechanismen. Velema gaat zijn eigen onderzoek wat verder uitwerken. ‘Ik ben nu bezig met schakelaars die op verschillende kleuren licht reageren, gekoppeld aan verschillende typen antibiotica. En misschien is het mogelijk een schakelbaar antibioticum te testen in een diermodel.’ Feringa voegt eraan toe dat de mogelijkheid om de functie van kleine moleculen met licht te beïnvloeden - in de geneeskunde maar ook daarbuiten - belangrijke gevolgen heeft: ‘Het zorgt voor een totaal nieuwe manier van denken.’

Referentie: Willem A. Velema1, Jan Pieter van der Berg2, Mickel J. Hansen1, Wiktor Szymanski1, Arnold J. M. Driessen2,3 and Ben L. Feringa1,3*: Optical control of antibacterial activity. Nature Chemistry, online 15 September

1 Centre for Systems Chemistry, Stratingh Institute for Chemistry, University of Groningen, Nijenborgh 4, 9747 AG, Groningen, The Netherlands, 2 Molecular Microbiology, Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute, Nijenborgh 7, 9747 AG, Groningen, The Netherlands, 3 Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen, Nijenborgh 4, 9747 AG, Groningen, The Netherlands