Arktiska havet visar sig vara en potentiell skattkista av nya läkemedel

Forskare har upptäckt nya föreningar i bakterier i Arktiska havet som kan bekämpa antibiotikaresistenta infektioner och bana väg för nästa generations läkemedel.

Problemet med antibiotikaresistens och nya möjligheter

Antibiotika är grunden för modern medicin; utan dem skulle behandling av infektioner och utförande av operationer vara extremt riskabelt. Men varje år står vi inför ett växande problem med bakteriell resistens mot antibiotika, medan upptäckten av fundamentalt nya antibiotika släpar efter avsevärt.

Utforska nya livsmiljöer

Det finns anledning till hopp: 70 % av alla godkända antibiotika kommer från aktinobakterier som lever i jord, men de flesta livsmiljöer på jorden har ännu inte utforskats. Att söka efter nya antibiotika bland aktinobakterier på andra, dåligt studerade platser, såsom Norra ishavet, är en lovande strategi. Särskilt om nya molekyler kan hittas som inte dödar bakterier direkt, men minskar deras virulens (förmåga att orsaka sjukdom), vilket gör det svårare för resistens att utvecklas och minskar sannolikheten för biverkningar.

Avancerade screeningmetoder avslöjar nya föreningar

”I vår studie använde vi högkänslighetsscreening (FAS-HCS) och Tir-translokationsanalyser för att specifikt identifiera antivirulenta och antibakteriella föreningar från aktinobakterieextrakt”, säger Dr. Päivi Tammela, professor vid Helsingfors universitet, Finland, och huvudförfattare till studien som publicerades i tidskriften Frontiers in Microbiology. ”Vi fann två distinkta föreningar: en stor fosfolipid som hämmar virulensen hos enteropatogen E. coli (EPEC) utan att påverka dess tillväxt, och en förening som hämmar bakterietillväxt, båda från aktinobakterier isolerade från Arktiska havet.”

För att analysera läkemedelskandidater genomförde teamet ett automatiserat screeningsystem utformat för att arbeta med komplexa mikrobiella extrakt. Forskarna utvecklade en ny uppsättning metoder som gör det möjligt för dem att samtidigt testa de antivirala och antibakteriella effekterna av hundratals okända föreningar. De valde som mål en stam av EPEC som orsakar svår diarré hos barn under fem år, särskilt i utvecklingsländer.

Upptäckten av antivirulenta och antibakteriella föreningar

De studerade föreningarna erhölls från fyra arter av aktinobakterier isolerade från ryggradslösa djur insamlade i Ishavet utanför Svalbard under en expedition med det norska forskningsfartyget Kronprinz Haakon i augusti 2020. Bakterierna odlades sedan, cellerna extraherades och deras innehåll separerades i fraktioner. Varje fraktion testades in vitro för EPEC som vidhäftade till kolorektala karcinomceller.

Forskarna upptäckte två tidigare okända föreningar med distinkta biologiska aktiviteter: en från en okänd stam (T091-5) av släktet Rhodococcus och den andra från en okänd stam (T160-2) av släktet Kocuria. Föreningen från stammen T091-5, identifierad som en stor fosfolipid, uppvisade en potent antivirulenseffekt genom att hämma aktinpiedestalbildning och EPEC-bindning till Tir-receptorn på värdcellsytan. Föreningen från stammen T160-2 uppvisade starka antibakteriella egenskaper, vilket hämmade tillväxten av EPEC-bakterier.

Lovande resultat och nästa steg

Detaljerad analys visade att fosfolipiden från stammen T091-5 inte hämmade bakterietillväxt, vilket gör den till en lovande kandidat för antiviral behandling eftersom den minskar sannolikheten för resistensutveckling. Samtidigt hämmade föreningen från stammen T160-2 bakterietillväxt och kommer att studeras vidare som ett potentiellt nytt antibiotikum.

HPLC-HR-MS2-metoder användes för att isolera och identifiera dessa föreningar. Fosfolipidens molekylvikt var runt 700 och den störde interaktionen mellan EPEC och värdceller. ”Nästa steg inkluderar att optimera odlingsförhållandena för föreningsproduktion och isolera tillräckliga mängder av varje förening för vidare karakterisering av deras struktur och biologiska aktivitet”, tillade Tammela.