Supercomputer helpt in de strijd tegen antibiotica-resistentie

De ontwikkeling van antibiotica is een van de belangrijkste doorbraken in de geneeskunde. Ziekteverwekkers ontwikkelen echter resistentiemechanismen die de doeltreffendheid van antibiotica tenietdoen. Elk jaar sterven ongeveer 700.000 mensen aan dergelijke resistente bacteriën. Dankzij simulatiestrategieën kunnen supercomputers de dringend noodzakelijke ontwikkeling van nieuwe antibioticavarianten helpen versnellen. De berekeningen werden uitgevoerd door een internationaal team onder leiding van onderzoekers van de Ruhr Explores Solvation cluster of excellence (RESOLV). De resultaten worden op 16 november gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) aldus de Ruhr-Universität Bochum (RUB) in een persbericht.

De deelnemende onderzoekers werken aan de Ruhr-Universität Bochum (RUB), de Universiteit van Duisburg-Essen (UDE) in Duitsland, de Universiteit van Portsmouth in het VK, alsmede aan de Universiteit van Queensland in Australië en het Weizmann-Instituut in Israël.

Ontwikkeling nieuwe antibiotica moeilijk

De ontwikkeling van nieuwe antibiotica is bijzonder moeilijk. Sinds de jaren zestig zijn er zeer weinig nieuwe antibioticaklassen ontwikkeld. In de huidige studie kiezen de onderzoekers voor een andere aanpak. Zij ontwikkelen geen volledig nieuw type, maar gaan uit van een reeds bestaand antibioticum, dat zij vervolgens wijzigen. Daartoe gebruikten zij een strategie waarbij zij verschillende aspecten van de kandidaten met een computer simuleerden. Van belang voor de doeltreffendheid van het medicijn, zijn de oplosbaarheid van het antibioticum, de mate waarin het in het bacteriële membraan doordringt en de efficiëntie waarmee het de eiwitproductie van de ziekteverwekkers blokkeert.

“Het gebruik van computersimulaties maakt de ontwikkeling van nieuwe antibiotica-derivaten sneller en goedkoper”, legt Prof. Dr. Frank Schulz van RESOLV uit. “Door te voorspellen of een chemische verbinding werkzaam zal zijn voordat zij wordt gesynthetiseerd, wordt ook chemisch afval voorkomen.”

Ook interessant: Antibiotica van cyanobacteriën mogelijk oplossing voor resistentieprobleem

Nek-aan-nek-race

In het verleden is gebleken dat er vaak niet veel tijd verstrijkt voordat de eerste resistentie tegen een nieuw antibioticum opduikt. Het is dan ook te verwachten dat de bacteriën tegenstrategieën zullen ontwikkelen tegen de tegenstrategieën van de onderzoekers en resistent zullen worden tegen de nieuwe antibioticumvariant.

“Met deze studie hopen we aan te tonen dat de resistentiemechanismen van bacteriën systematisch kunnen worden aangepakt met computergebaseerde strategieën die helpen om de ontwikkeling van nieuwe antibiotica-derivaten sneller en goedkoper te maken”, legt Prof. Dr. Elsa Sanchez-Garcia van de UDE uit. “Op deze manier kan de wetenschap blijven terugvechten met de computergebaseerde ontwikkeling van nieuwe antibiotica.”

Veelbelovende kandidaat

De resultaten van de berekeningen met de supercomputer werden experimenteel geverifieerd. In de studie heeft het onderzoeksteam niet alleen de computergebaseerde simulatiebenadering toegepast, maar ook een nieuw veelbelovend kandidaat-geneesmiddel voorgesteld. Het kandidaat-geneesmiddel, dat nog klinisch moet worden getest, bleek bij de geteste bacteriestammen tot 56 maal actiever te zijn dan twee bekende antibiotica die op de lijst van essentiële geneesmiddelen van de Wereldgezondheidsorganisatie staan.

De nieuwe antibioticumvariant is niet alleen doeltreffender tegen de geteste doelorganismen. Deze vertoont ook activiteit tegen de drie hoogst gerangschikte bacteriën op de prioriteitenlijst van de Wereldgezondheidsorganisatie, waartegen de eerder geteste antibiotica niet werkzaam zijn. Naast dit succes is een bibliotheek van verbindingen met antibacteriële activiteit tot stand gebracht. Daardoor kunnen sneller iteraties worden uitgevoerd bij de ontwikkeling van verdere antibiotica-varianten.