Bakterier som lever på insekter kan ge nya antibiotika
Många antibiotika som används idag kommer från bakterier som lever i jord. Nu visar ny forskning att bakterier som lever på insekter kan vara mer effektiva för att bekämpa vanliga läkemedelsresistenta superbuggar än bakterier från mark.
Forskare vid University of Wisconsin-Madison har genomfört den största och mest grundliga undersökningen någonsin av antibiotikas aktivitet hos mikrober som lever på insekter.
En höjdpunkt i den nya studien är upptäckten av ett nytt antibiotikum i Cyphomyrmex myra, som är en brasiliansk art som odlar svampar. Forskarna heter föreningen cyphomycin.
Laboratorietester visade att cyfomycin kunde bekämpa svampar som har besegrat de flesta andra antibiotika. Föreningen behandlade också en svampinfektion hos möss utan att ge upphov till toxiska biverkningar.
I en nyligen Naturkommunikation papper om dessa resultat, förklarar teamet att brist på nya antibiotika bidrar till det växande globala hotet mot antibiotikaresistenta infektioner.
"Genom vår systematiska bedömning", konstaterar författarna, "visar vi att insektsmikrobiomer utgör en lovande källa till nya naturprodukter."
Det ökande hotet mot antibiotikaresistens
Antibiotikaresistens uppstår när infektiösa bakterier, svampar och andra patogener inte längre ger efter för läkemedel som brukade döda dem. Istället fortsätter de att växa.
Infektioner på grund av antibiotikaresistenta patogener kräver vanligtvis längre sjukhusvistelser och ett större antal uppföljningsbesök från läkare. Dessutom tenderar behandlingar att ha högre kostnader och mer toxiska biverkningar.
År 2018 släppte Världshälsoorganisationen (WHO) övervakningsdata som bekräftade allvaret med det globala hot som antibiotikaresistens utgör.
Uppgifterna avslöjar att några av de vanligaste infektionerna runt om i världen blir läkemedelsresistenta.
I USA uppskattar Centers for Disease Control and Prevention (CDC) att antibiotikaresistenta bakterier infekterar minst 2 miljoner människor och orsakar 23 000 dödsfall varje år.
En viktig oro för den globala antibiotikaresistenskrisen är att de nya läkemedlen och antalet nya läkemedel inte kommer att vara tillräckliga för att övervinna hotet.
WHO upprepade sin varning om detta i en rapport från 2017. Den globala byrån uppgav att de flesta av de 51 antibiotika i klinisk utveckling var ”modifiering av befintliga klasser av antibiotika” och endast skulle erbjuda kortsiktiga lösningar.
Precis så många bakterier i insekter som i jord
De flesta typer av antibiotika som används idag kommer från Streptomyces bakterier, ett stort släkt som började utvecklas för cirka 400 miljoner år sedan.
Under den perioden, Streptomyces arter har utvecklats och anpassats till olika livsmiljöer, såsom jord och insekter. Kemien i de föreningar som bakterierna producerar återspeglar deras avvikande släkter.
Genetiska studier har visat att bara en stam av Streptomyces potentiellt skulle kunna producera tiotals föreningar som liknar de som redan används som antibiotika. Dessutom innehåller bakterierna ett stort antal "relevanta biosyntetiska genuppsättningar."
Av dessa skäl studerar forskare intensivt Streptomyces bakterier med förväntan att de kommer att upptäcka nya läkemedel för att bekämpa antibiotikaresistens.
Författarna till den nya studien påpekar dock att sökningar efter nya antibiotika i jordbaserade Streptomyces "Återupptäck till stor del kända föreningar." De noterar också att inga studier systematiskt har sökt efter mikrobiomer. Så de valde att fokusera på Streptomyces hos insekter.
De samlade mer än 2500 insektsarter, allt från myror, bin och flugor till skalbaggar, malar, fjärilar och mer. Cirka en tredjedel kom från regioner med ett tempererat klimat, en annan tredjedel kom från tropikerna, och resten kom från kallare områden, såsom Arktis.
Forskarna noterar att, i motsats till det "rådande antagandet" att Streptomyces arter är mest förekommande i jord, deras resultat tyder på att bakterierna är lika rikliga i insekter.
Bakterier från insekter är mer kraftfulla
Insekterna gav mer än 10 000 bakteriestammar att testa. Forskarna undersökte också 7000 stammar som kom från jord och växter.
Ett mycket kraftfullt, intensivt batteri av tester följde och involverade mer än 50 000 försök totalt.
Teamet testade hur bra varje stam av Streptomyces kunde stoppa tillväxten av 24 olika typer av bakterier, inklusive några som kan orsaka allvarliga skador, såsom meticillinresistent superbug Staphylococcus aureus (MRSA).
Resultaten visade det Streptomyces stammar som kom från insekter kunde bekämpa infektiösa bakterier och svampar mer kraftfullt än stammar som kom från jord eller växter.
Teamet testade också några av de mer lovande stammarna hos möss. Dessa stammar var mycket effektiva för att döda bakterie- och svampinfektioner, och endast ett fåtal hade toxiska biverkningar.
I en annan del av studien fokuserade forskarna på cyfomycin, en svampdödande förening som de hade hittat i Streptomyces bakterier på den brasilianska Cyphomyrmex svampväxande myra.
Efter att ha analyserat den kemiska strukturen hos cyphomycin renade de den och visade att den kunde behandlas Candida albicans hos möss. C. albicans är en svamp som ofta smittar människor med ett försvagat immunförsvar. Föreningen tycktes också ha få toxiska biverkningar hos mössen.
Låt insekter 'göra prospektering'
Teamet blev inte förvånad över att insekter kunde vara en rik källa till nya antibiotika. Insektsöverlevnad beror på samutveckling med mikrober som hjälper till att bekämpa patogener som också utvecklas.
Forskarna påpekar också att eftersom bakterierna har utvecklats tillsammans med insekter, kan de erbjuda två fördelar. För det första är de mindre benägna att vara giftiga, och för det andra kan de vara effektiva mot läkemedelsresistenta patogener.
"Insekterna gör prospektering för oss", säger Cameron R. Currie, professor i bakteriologi och seniorförfattare till studien.
Han och hans kollegor drar slutsatsen:
”Löftet om insektsassocierad Streptomyces som en ny källa till antimikrobiella medel har potential att återuppliva de stagnerade antibakteriella och antifungala upptäcktsledningarna. ”
