EXPO 40 jaar BCCM: Natuurlijke genezers

Staphylococcus epidermidis (LMG 10273)

In februari 2018 ontdekte een groep onderzoekers van de Universiteit van Californië dat de bacterie Staphylococcus epidermidis kankerbestrijdende krachten heeft. Deze bacterie wordt vaak aangetroffen in en op een gezonde menselijke huid. Na zorgvuldige analyse merkten wetenschappers op dat S. epidermidis een chemische verbinding produceert (6-N-hydroxyaminopurine) die lijkt op een bepaalde DNA component. Toen de onderzoekers de stof (kortweg 6-HAP) in het laboratorium testten, bleek deze de DNA productie te stoppen. Concreet voorkwam de chemische stof dat kankercellen zich verder vermenigvuldigden.

Omega 3-vetzuren

Het is een onbetwistbaar feit dat omega 3-vetzuren gunstig zijn voor onze gezondheid. De bron van omega 3-vetzuren is echter vaak vette vis zoals haring, makreel, sardines en tonijn. Vanwege de toenemende druk op de visserijsector als gevolg van onze toenemende bevolking, dreigt deze bron van omega 3 te verdwijnen.

Microalgen en vooral diatomeeën vormen een oplossing voor dit probleem. Het is al lang bekend dat ze een verscheidenheid aan vetzuren produceren, zoals EPA en EDH. Het gebruik van diatomeeën als nieuwe bron van omega 3 in plaats van de klassieke visolie zou de druk van de visserijsector kunnen verlichten en kunnen leiden tot een duurzamer alternatief.

Towards the Industrial Production of Omega-3 Long Chain Polyunsaturated Fatty Acids from a Genetically Modified Diatom Phaeodactylum tricornutum. Hamilton et al., PLOS ONE (2015)

Sustainable production of eicosapentaenoic acid-rich oil from microalgae: Towards an algal biorefinery. Sivakumar et al., Journal of Applied Microbiology (2022)

Omega-3 fatty acids of microalgae as a food supplement: A review of exogenous factors for production enhancement. Perdana et al., Algal Research (2021)

Origin of Marine Fatty Acids. I. Analyses of the Fatty Acids Produced by the Diatom Skeletonema costatum. Ackman et al., Journal of the Fisheries Research Board of Canada (1964)

Spirulina

Spirulina (Arthrospira) is een cyanobacterie die al eeuwenlang wordt geconsumeerd vanwege het rijke voedingsprofiel en de potentiële gezondheidsvoordelen. Er zijn bijvoorbeeld berichten over de consumptie van Spirulina, geoogst uit het Texcocomeer en verwerkt als gedroogde cake door de Azteken, daterend van rond het jaar 1300. Tegenwoordig is het gebruik van dit micro-organisme wijdverbreid en is het één van de meest gecultiveerde microalgen ter wereld.

Spirulina wordt voornamelijk gekweekt als grondstof voor eiwitten, die ongeveer 60% van de massa uitmaken, wat het hoogste is vergeleken met de andere eiwitbronnen. Het is ook rijk aan vitamines, mineralen en andere bioactieve stoffen zoals β-caroteen en zeaxanthine, waardoor het een populair voedingssupplement is voor mensen die hun algehele gezondheid en welzijn willen ondersteunen. Het is ook een supplement voor vegetariërs en veganisten.

Spirulina kan als voedsel gemakkelijk door het menselijk lichaam worden opgenomen. De veilig aanbevolen dosering is ongeveer 3-10 g/dag voor volwassenen, waarbij 30 g/dag de maximale limiet is. Deze cyanobacterie bevat verschillende verbindingen waarvan is aangetoond dat ze de werking van het immuunsysteem ondersteunen en die prebiotische en antioxiderende effecten hebben.

Als je het wilt proberen: Spirulina is als functioneel voedingsmiddel te vinden in poeder, koekjes, babyvoedingformules, chocolaatjes, yoghurt, dranken, smoothies, snoepjes enz.

Mycobacterium bovis

M. bovis maakt deel uit van het M. tuberculosis-complex (MTBC) dat de voorkeur geeft aan dierlijke gastheren zoals vee, met mogelijke zoönotische overloop naar mensen. Symptomen van rundertuberculose zijn koorts, nachtelijk zweten, gewichtsverlies, vermoeidheid en aanhoudend hoesten. Dankzij de uitvinding van pasteurisatie – het eenvoudige maar effectieve proces van verhitting – is het risico op M. bovis-infectie door het consumeren van melk of zuivelproducten van besmet vee aanzienlijk verlaagd. Een verzwakte stam van M. bovis, M. bovis BCG (Bacille Calmette-Guérin), wordt in veel landen met een hoge frequentiegraad als vaccin gebruikt om te beschermen tegen het oplopen van tuberculose, hoewel de werkzaamheid ervan twijfelachtig is.

Immunotherapie

Het Bacillus Calmette-Guérin (BCG)-vaccin is een veelgebruikte immuuntherapie voor de behandeling van blaaskanker. BCG, oorspronkelijk ontwikkeld als vaccin tegen tuberculose, heeft een opmerkelijke werkzaamheid getoond bij de behandeling van niet-spierinvasieve blaaskanker (NMIBC). Wanneer BCG rechtstreeks in de blaas wordt toegediend, stimuleert het een krachtige immuunrespons tegen kankercellen, wat leidt tot tumorregressie en het voorkomen van herval van de ziekte. BCG bestaat uit levende, verzwakte stammen van Mycobacterium bovis, een bacterie die in verband wordt gebracht met tuberculose bij rundvee. Door het immuunsysteem te stimuleren activeert BCG verschillende immuuncellen, zoals T-cellen en natuurlijke killercellen, die helpen bij het aanpakken en vernietigen van de kankercellen in de blaas. De exacte mechanismen waardoor BCG antikankereffecten vertoont, worden nog onderzocht, maar er wordt aangenomen dat het vaccin zowel een lokale immuunrespons in de blaas als een systemische immuunrespons in het hele lichaam induceert. De behandeling met BCG is een standaardtherapie voor NMIBC geworden, waarbij het risico op ziekteprogressie aanzienlijk wordt verminderd en de resultaten voor patiënten worden verbeterd.

BCG Pasteur 1721-vaccinstam (Master et al, 2008) is overgebracht van VIB-UGent naar de BCCM/ITM Mycobacteria-collectie van het Instituut voor Tropische Geneeskunde in Antwerpen.

De ontdekking van penicilline

Alexander Fleming was een Britse microbioloog die bacteriële ziekteverwekkers bestudeerde. Op een dag werd een Staphylococcus cultuur uit zijn laboratorium geïnfecteerd door een schimmel, die de groei van de bacterie bleek te remmen. Hij begreep dat de schimmel, een Penicillium, een verbinding produceerde die antibacteriële activiteit had. Bijna per ongeluk dus werd in 1928 het eerste antibioticum, penicilline, ontdekt. In de jaren daarna probeerde A. Fleming de verbinding te isoleren, maar zonder succes. Eind jaren 1930 en begin jaren 1940 namen Howard Florey en Ernst Chain het werk van Fleming weer op en slaagden erin penicilline op te zuiveren. Ze voerden ook de eerste klinische proeven uit en ontwikkelden de grootschalige productie van het antibioticum. Dit kon worden uitgedeeld aan Amerikaanse militairen die in 1944 op de Europese kusten landden, waardoor ze een voordeel hadden tegen de vijandelijke legers. In 1945 wonnen A. Fleming, H. Florey en E. Chain de Nobelprijs voor Geneeskunde.

the-discovery-and-development-of-penicillin-commemorative-booklet.pdf (acs.org)

Microscopische schimmels als bron van farmaceutische geneesmiddelen

Sinds de ontdekking van penicilline in 1928 zijn er andere farmaceutische verbindingen ontwikkeld uit verschillende schimmels. Cefalosporinen, welke deel uitmaken van een andere familie antibiotica, werden in de jaren 1950 geïsoleerd uit Cefalosporium acremonium. Meer recentelijk werd een nieuwe klasse antischimmelmedicijnen, de echinocandines, geïnspireerd door natuurlijke metabolieten van verschillende schimmelsoorten. In 1983 werden cyclosporines op de markt gebracht als eerste immunosuppressief geneesmiddel. Ze werden gesynthetiseerd door Tolypocladium inflatum, en zorgden voor een revolutie bij allogene orgaantransplantaties. Statines zijn een ander voorbeeld. Ze worden geproduceerd door verschillende Aspergillus en Penicillium soorten en worden gebruikt om het cholesterolgehalte in het bloed te verlagen.

Faagtherapie

Sommige ziekteverwekkers zijn resistent geworden tegen veel antibiotica. In zulke extreme gevallen kan een andere natuurlijke vijand van bacteriën ons helpen: de fagen. Dit zijn virussen die bacteriën doden.

Lytische fagen zullen hun doelbacteriën herkennen en deze infecteren. Tijdens deze infectie zal de faag de bacteriële celprocessen voor eigen gewin gebruiken, waardoor de bacteriën in faagproducerende fabrieken veranderen. Uiteindelijk zullen de bacteriecellen uit elkaar vallen, waardoor de nieuw aangemaakte fagen vrijkomen, die op hun beurt andere bacteriën kunnen infecteren. 

Faagtherapie heeft verschillende voordelen ten opzichte van klassieke medicatie:

• Fagen richten zich op een zeer specifieke bacteriële gastheer, waardoor therapeutische fagen niet interfereren met onze eigen lichaamscellen of met onze maag-darmflora. Deze hoge specificiteit is tegelijkertijd een beperkende factor, omdat voor het bestrijden van een specifieke infectie de juiste faag nodig is.
• Faagtherapie wordt niet beïnvloed door resistentiemechanismen, in tegenstelling tot behandelingen met antibiotica.
• Fagen gebruiken hun gastheer voor amplificatie, wat betekent dat in theorie een enkele dosis voldoende zou kunnen zijn om elke bacteriële infectie te elimineren.

Ondanks deze duidelijke voordelen is bacteriofaagtherapie momenteel beperkt tot ernstige bacteriële infecties zoals sepsis en cystische fibrose, als er geen alternatieve standaardbehandeling beschikbaar is. Er is meer translationeel onderzoek nodig met betrekking tot toediening, dosering en mogelijke bijwerkingen voordat faagtherapie als standaardbehandeling kan worden beschouwd.

Phage Therapy in the Resistance Era: Where Do We Stand and Where Are We Going? Luong et al., Clinical therapeutics (2020).

Productie van geneesmiddelen en vaccins

Terwijl antibiotica van nature worden geproduceerd door sommige schimmels, kunnen micro-organismen ook worden gemodificeerd door het gebruik van plasmiden om een verscheidenheid aan medicinale producten te produceren. Plasmiden maken de introductie van vreemde genen in het microbiële genoom mogelijk en de expressie van therapeutische eiwitten zoals cytokinen, antilichamen, insuline, groeifactoren en stollingsfactoren, die gezuiverd kunnen worden voor medisch gebruik. Dit proces heeft geleid tot de productie van effectieve behandelingen voor veel medische aandoeningen, waardoor de gezondheid en levenskwaliteit van miljoenen mensen wereldwijd is verbeterd. Daarnaast worden plasmiden gebruikt voor de productie van DNA-vaccins en mRNA-vaccins, de aanmaak van dierlijke cellijnen die antilichamen produceren en gentherapie.