Per definition, antibiotika dödar bakterier. Ändå, TU Delft-forskare har lyckats konstruera bakterier för att producera lovande mängder av ett enkelt karbapenemantibiotikum. Karbapenemantibiotika är effektiva mot många bakterier och används vanligtvis bara när andra antibiotika misslyckas. De tillverkas för närvarande endast syntetiskt – en dyr process som också leder till kemiskt avfall. Denna forskning tyder på att genom att använda bakterier som "levande fabriker, "Karbapenemer kan också produceras biologiskt.

Antibiotika finns runt omkring oss. Om du gräver upp en handfull jord från en slumpmässig trädgård, den innehåller sannolikt ett antibiotikum som ännu är okänt. Mikrober producerar naturligt små mängder bakteriedödande föreningar för att skydda sig mot andra mikrober. Tyvärr, vi kan inte producera många av de antibiotika som finns i naturen, till exempel för att organismerna som producerar dem inte kommer att växa i labbet eller i en fermentor.

Växande motstånd

Nu, många av våra nuvarande antibiotika blir mindre effektiva. Bakterier som är resistenta mot många familjer av antibiotika sprider sig snabbt. En av de sista effektiva antibiotikana är de så kallade karbapenemerna. "Dessa antibiotika stör bildningen av cellväggen, i slutändan får bakterierna att explodera, " förklarar forskaren Helena Shomar, som ledde projektet.

Dock, karbapenemer har också sina nackdelar. Till exempel, de kan inte produceras genom mikrobiell fermentering, men endast via syntetisk kemi. Som ett resultat, karbapenemer är dyra, och utvecklingen av nya varianter är begränsad. "Den syntetiska produktionen av karbapenemer är också dåligt för miljön, eftersom du är kvar med kemiskt avfall i slutet av processen, ", tillägger gruppledaren Greg Bokinsky.

Mikrobiella fabriker

Delft-forskarna utarbetade en kontraintuitiv lösning för dessa frågor. De konstruerade E. coli-bakterier för att producera bil, ett relativt enkelt karbapenemantibiotikum. "Att göra så, vi lånade de få gener som är kända för att vara ansvariga för produktionen av Car från en annan bakterie som heter P. carotovorum, " säger Shomar. "Vi introducerade sedan dessa gener i E. coli."

Att introducera Car-generna i E. coli resulterade i att bakterierna producerade antibiotikan, men bara i små mängder. Shomar:"För att bevisa att detta tillvägagångssätt så småningom kan möjliggöra massproduktion av karbapenemer, vi behövde vår E. coli för att generera mer."

Ytterligare två steg krävdes för att öka produktionen. Den viktigaste flaskhalsen var ett ineffektivt enzym. Forskarna introducerade ytterligare en gen i E. coli för att producera ett protein som hjälper detta enzym att bli mer aktivt.

En annan begränsning var de toxiska effekterna av antibiotikumet på de konstruerade E. coli-bakterierna. De producerade så mycket bil att befolkningen började dö mycket snabbt. För att fördröja mikrobernas död så mycket som möjligt, forskarna gjorde dem artificiellt persistenta. "Ihållande bakterier växer inte, vilket gör att de kan överleva längre i närvaro av dessa antibiotika, " förklarar Shomar. Tekniken höll bakterierna produktiva något längre, så att de kan generera mer bil.

De konstruerade E. coli är ett bevis på konceptet. "Även om idén låter kontraintuitiv, vår forskning tyder på att E. coli har potential att producera karbapenemer, säger Shomar.

Mängden karbapenem som tillverkas av den konstruerade E. coli – cirka 54 milligram per liter – är verkligen lovande, men inte tillräckligt för massproduktion. "Dock, med en handfull ytterligare steg, vi kanske kan använda denna metod för att producera mer komplexa karbapenemer, i kvantiteter som är förenliga med massproduktion, säger Bokinsky.

Och hur lång tid tar det innan dessa ytterligare åtgärder vidtas? "Omkring fem till tio år skulle vara min optimistiska uppskattning, " säger Bokinsky. "Men för att detta ska hända, ett team på cirka 10 forskare som arbetar parallellt skulle behöva arbeta med det på heltid."