Antrax bestrijden met behulp van lama’s

Een nieuwe manier om miltvuur veroorzakende bacteriën aan te vallen
Antrax, of miltvuur, is dodelijk voor vee en voor mensen. Inmiddels komen er nauwelijks nog besmettingen voor in Nederland. Maar in veel landen in Oost-Europa, Afrika en Azië nog wel. Antibiotica werken niet goed. Maar mini-antistoffen uit kameelachtigen kunnen wellicht uitkomst bieden.

De antrax-bacterie, Bacillus anthracis, veroorzaakt miltvuur bij vee en is ook voor mensen dodelijk. Kenmerkend voor deze bacterie is dat hij een harnas om zich heen bouwt, bestaand uit twee eiwitlagen. Antrax is lastig te bestrijden met antibiotica. Mogelijk bieden kleine eiwitten, gewonnen uit de mini-afweerstoffen van lama’s, een aanvulling op de gangbare therapie met antibiotica.

“We hebben een manier gevonden om het pantser van de bacterie aan te vallen”, zegt biotechnoloog Antonella Fioravanti. Zij en haar collega’s van het Vlaams Instituut voor Biotechnologie (VIB) publiceren deze ontdekking deze week in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Microbiology.

Antrax bij vee en de mens

Antrax, ook wel miltvuur genoemd, kwam al voor als plaag bij de oude Egyptenaren. Tot halverwege de twintigste eeuw was het in Nederland nog een veelvoorkomende oorzaak van sterfte bij vee. Schapen, runderen, geiten en varkens kunnen de bacterie via besmet voedsel binnen krijgen. Eenmaal in het lichaam produceren de bacteriën gifstoffen die dodelijk kunnen zijn. Veel dieren sterven snel na besmetting. Ze krijgen ademhalingsproblemen, hun milt raakt vergroot en er stroomt bloed uit hun lichaamsopeningen.

Ook mensen kunnen met antrax geïnfecteerd raken. Wanneer antrax in aanraking komt met een wondje op de huid, ontstaan eerst jeukende bulten, dan blaartjes en later een zweer met zwarte korst. Mensen die de bacterie – of slapende bacteriesporen – inademen of via voeding binnenkrijgen, kunnen heftige ontstekingen aan luchtwegen of darmen verwachten, soms gepaard met een bloedvergiftiging. De zwarte builen op de huid zijn redelijk goed te bestrijden met antibiotica, maar wanneer iemand van binnen geïnfecteerd raakt, is de kans om te sterven groot, of er nu antibiotica gebruikt worden of niet. Antrax-bacteriën zijn lastig te bestrijden met antibiotica, ze zijn in het lichaam lastig te bereiken en ze kunnen resistent worden.

Antrax bacteriën hebben een beschermende eiwitlaag, die de Sap Surface layer genoemd wordt. Die laag dient als exoskelet, een harnas dat de bacterie beschermt tegen de buitenwereld. Als een soort zeef bepaalt het welke stoffen er wel en welke er niet de bacterie in mogen.

Lamabloed

Tijdens een onderzoek naar de vorming van dat harnas gebruikten de onderzoekers van het Vlaamse instituut zogenaamde Nanobodies. Dat zijn onderdeeltjes van antistoffen afkomstig uit het bloed van lama’s. Lama’s, kamelen, dromedarissen en haaien hebben naast gewone antistoffen – dat zijn eiwitten die beschermen tegen infecties – ook mini-antistoffen. Elke mini-antistof bindt zich met een receptor aan een virus, bacterie of andere stof die ongewenst een lichaam binnendringt, en dus uit de weg geholpen moet worden. De receptoren van die mini-antistoffen worden onder de naam Nanobodies sinds een paar jaar kunstmatig geproduceerd door het Belgische bedrijf Ablynx.

Uitgelicht door de redactie

In memoriam Sanne Deurloo

Geneeskunde
Een vreemde ontmoeten en levens redden op Lowlands

Biologie
Piemels en doodskisten tussen de Lowlands-optredens

“De nanobodies die de onderzoekers in deze studie gebruikt hebben, gaan precies op de punten zitten waar de antrax-bacterie de moleculen voor zijn harnas aan elkaar koppelt”, licht immunoloog Peter Nibbering van het LUMC de studie toe. Zelf was hij niet bij het onderzoek betrokken. “Deze stoffen voorkomen daardoor dat de antrax-bacteriën een goed harnas kunnen bouwen. Ze zorgen ervoor dat het harnas verzwakt raakt.”

Ook kunnen de nanobodies de bestaande harnassen van bacteriën afbreken. In een tweede experiment hebben de onderzoekers namelijk muizen met antrax besmet, om die in de dagen erna tien keer te injecteren met de nanobodies. De muizen die de therapie kregen, waren na twaalf dagen nog in leven. Onderzoeker Filip Van Hauwermeiren, die de infectiestudies uitvoerde, zegt in een persbericht van het VIB: “De resultaten waren verbluffend. Alle behandelde muizen herstelden van een dodelijke antraxinfectie in enkele dagen.”

Wat er precies gebeurt in de muizen wanneer ze met deze stofjes worden ingespoten is nog niet helemaal duidelijk en onderzocht. Nibbering: “Uit de studie blijkt niet waardoor de muizen blijven leven. Je weet niet hoe verzwakt de antrax bacteriën precies raken door de nanobodies en je weet ook nog niet hoe het immuunsysteem van de muizen de bacteriën heeft opgeruimd.” Daarnaast is ook nog niet onderzocht of het inbrengen van nanobodies een afweerreactie teweegbrengt in het immuunsysteem van de muizen zelf.

Microscopisch beeld van de miltvuurbacterie Bacillus anthracis met een beschadigde celwand door het gebruik van nanobodies die de beschermende S-laag afbreken. Behandeling van dieren met de mini-antistoffen leidt tot de genezing van een dodelijke miltvuurinfectie.

Toch ziet Nibbering toekomstige mogelijkheden, waarbij de harnas-afbrekende nanobodies ingezet kunnen worden in combinatie met antibiotica. “Het arsenaal tegen antrax wordt daarmee vergroot.”

Slapende bacteriën

Al zijn miltvuuruitbraken in Noord-, Midden- en West-Europa zeldzaam, uitbraken vinden nog steeds plaats in landen rondom de Middellandse Zee, in Afrika, Latijns-Amerika en Azië. In Nederland is er sinds de jaren 50 een destructiewet gekomen waarin staat dat dieren die sterven aan miltvuur vernietigd moeten worden. Voor die tijd werden kadavers vaak begraven en met ongebluste kalk bedekt. Om de plek te markeren plaatsten boeren bomen of struiken op het graf, bekend onder de naam ‘miltvuurbosjes’. Regelmatig worden er bij graafwerkzaamheden koeienbotten gevonden. Die zijn nog steeds gevaarlijk, want antrax-bacteriën kunnen in slapende vorm vele tientallen jaren in de bodem overleven.

De auteurs van het Vlaamse instituut verwachten dat ze hun ontdekking ook kunnen gebruiken om andere bacteriën te bestrijden, zoals Clostridium difficile. Deze bacterie veroorzaakt ernstige darmontstekingen bij mensen, en bouwt net als antrax een harnasje om zichzelf te beschermen.

Bronnen

  • Fioravanti, A., et al. Structure of S-layer protein Sap reveals a mechanism for therapeutic intervention in anthrax, Nature Microbiology (15 juli 2019), DOI: 10.1038/s41564-019-0499-1
  • RIVM Richtlijn antrax
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij het thema Ziekten genezen op Biotechnologie.nl.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden