Cholera: een ver-van-mijn-bed show?

21 000 tot 143 000, dat is het aantal cholera slachtoffers dat de WHO elk jaar registreert. Waarschijnlijk is dit nog maar het topje van de ijsberg, want een groot deel van de sterfgevallen wordt niet gerapporteerd. Er is dus dringend een nieuwe behandeling nodig om te voorkomen dat cholera nog meer doden maakt.

Cholera, oorlog en wapens

Cholera is een ziekte die voorkomt in regio’s met slechte hygiënische omstandigheden en zonder toegang tot proper water en voedsel. Deze beschrijving correleren we spontaan met ontwikkelingslanden. Een algemene perceptie is dat cholera uitbraken in Europa behoren tot onze geschiedenisboeken. Maar de ziekte is dichterbij dan we denken. Ook landen in oorlog en gebieden waar een natuurramp heeft plaatsgevonden zijn gevoelig voor cholera uitbraken. Een voorbeeld hiervan is de oorlog in Oekraïne. In bezette gebieden zoals Marioepol zijn al enkele cholera gevallen bekend. Wegens de beperkte toegang tot water en medicijnen zou de situatie snel kunnen escaleren tot een grote cholera uitbraak.

Cholera wordt veroorzaakt door de Vibrio cholerae (V. cholerae) bacterie, die van nature in water verblijft. Wanneer iemand besmet water of voedsel consumeert, komt de bacterie in de darmen terecht. Om hier te overleven en de ziekte te kunnen veroorzaken, moet V. cholerae opboksen tegen een leger van goede bacteriën die de darmen beschermen tegen indringers. Als wapen gebruikt V. cholerae een soort harpoen die opgebouwd is uit verschillende onderdelen.

Twee belangrijke onderdelen van het afschietmechanisme van deze harpoen zijn VipA en VipB. Als VipA en VipB niet met elkaar in contact staan, werkt de harpoen niet, en kan V. cholerae het leger goede bacteriën in de darmen niet meer verslaan. De cholera bacterie verlaat de darmen dan weer, zonder dat je ziek wordt. Het blokkeren van het VipA-VipB contact zou dus kunnen dienen als nieuwe behandeling van cholera.

Bacteriën: de beste chemici ter wereld

In mijn masterthesis ben ik een zoektocht gestart naar een component om dit VipA-VipB contact te voorkomen. De medicijnen die vandaag de dag op de markt bestaan, zijn hier te klein voor. Maar de natuur heeft een alternatief voor deze te kleine medicijnen die het contact wel kan verhinderen, genaamd cyclische peptiden. Dit zijn ronde ketens van aminozuren, de bouwstenen van elk levend wezen. Er is alleen één groot probleem. De structuur van deze cyclische peptiden is vaak zo complex dat ze niet nagemaakt kan worden door een chemicus in een labo. Dit verhindert hun gebruik als medicijnen. In mijn thesis ontwikkelde ik een oplossing voor dit probleem door gebruik te maken van de beste chemici in de wereld, namelijk bacteriën.

Bacteriën kunnen complexe structuren gemakkelijk bouwen, zonder dat wij moeten ingrijpen tijdens het proces. We moeten alleen de nodige voedingsstoffen voorzien en zorgen dat de juiste genetische code aanwezig is om het cyclisch peptide te genereren. Ik heb mij gefocust op één specifiek cyclisch peptide genaamd subtilosine A. Normaal wordt dit peptide aangemaakt door de Bacillus subtilis bacterie. Het enige probleem is dat deze bacterie subtilosine A produceert in te lage hoeveelheden, en dat deze bacterie moeilijk aangepast kan worden. Daarom heb ik in mijn thesis de subtilosine A genetische code geïntroduceerd in een andere bacterie, genaamd Escherichia coli (E. coli).

E. coli is een modelorganisme waarover al veel geweten is en waarvan we de eigenschappen gemakkelijk kunnen veranderen. Je kan E. coli vergelijken met een fabriek waarin je de assemblagelijnen kan optimaliseren om de productie van subtilosine A te verbeteren. Tijdens mijn masterthesis heb ik de basis voor deze assemblagelijn gelegd. Ik ben er als eerste in geslaagd om subtilosine A in zijn actieve vorm te produceren in E. coli. In de toekomst zal ik deze bacteriële fabriek nog verder aanpassen om een optimaal productiesysteem te bekomen. Aangezien E. coli van nature voorkomt in de darmen, kunnen we deze bacterie in het finale systeem gebruiken als postbode om subtilosine A rechtstreeks op deze locatie af te leveren.

Finaal systeem – E. coli levert subtilosine A af in de darmen zodat deze voorkomt dat V. cholerae zijn harpoen kan gebruiken.

Meer varianten resulteert in een hogere kans op slagen

Vandaag worden nieuwe medicijnen ontwikkeld door varianten van bestaande medicijnen te creëren. Ik wil van deze werkwijze gebruik maken om een subtilosine A variant te vinden die het VipA-VipB contact kan blokkeren, en zo als behandeling tegen de cholera ziekte kan dienen. De natuurlijke activiteit van subtilosine A is het vernietigen van bepaalde bacteriën, maar de component kan ook nieuwe activiteiten verkrijgen wanneer deze aangepast wordt. In de toekomst wil ik dus een systeem creëren om op korte tijd heel veel varianten van subtilosine A te creëren, deze in E. coli te produceren en ze te testen voor hun potentieel om het VipA-VipB contact te verhinderen.

Hoe vinden we de juiste variant?

Om de enorme hoeveelheid gecreëerde varianten op een snelle manier te kunnen testen, is een systeem nodig dat dit toelaat. De opbouw van dit systeem ben ik tijdens mijn masterthesis gestart. Ik heb hiervoor opnieuw de E. coli fabriek ingeschakeld, waarin ik zowel de subtilosine A varianten, als VipA en VipB zal produceren. Om dit systeem te kunnen gebruiken, heb ik tijdens mijn thesis eerst getest of het VipA-VipB contact nog steeds opgaat, wanneer deze onderdelen niet meer in V. cholerae maar in E. coli worden aangemaakt. Daarna ben ik gestart met de opbouw van het uiteindelijke systeem. Hierin zal de E. coli bacterie sterven wanneer de subtilosine A variant het VipA-VipB contact niet kan blokkeren. Maar wanneer een subtilosine A variant het VipA-VipB contact kan voorkomen, zal E. coli overleven en groeien. Op deze manier kan ik gemakkelijk de subtilosine A variant vinden die ik nodig heb.

Ik hoop dat mijn masterthesis uiteindelijk zal bijdragen tot een nieuw medicijn voor de behandeling van de cholera ziekte. Ik hoop dat zo de sterftecijfers zullen dalen en wie weet wordt cholera dan een begrip dat enkel in geschiedenisboeken voorkomt. Op deze manier zal cholera niet alleen voor jou, maar ook voor alle andere mensen op de wereld een ver-van-het-bed show worden.