På udkig efter næste generations antibiotika - fra insekterne i vores affald

Miljø og bæredygtighed 11. jun 2024 4 min Senior Scientist Chrysantus M. Tanga, PhD Cynthia M. Mudalungu Skrevet af Eliza Brown

Ny forskning afslører, at kemikalier fra en almindelig flue kan bekæmpe skadelige bakterier som E. coli og stafylokker, hvilket giver håb i kampen mod den antibiotikaresistens-krise, der hærger verden lige nu. Det er et overforbrug af antibiotika, der får bakterier til at udvikle sig hurtigt, så de gamle antibiotika ikke længere virker. Derfor er innovative løsninger nødvendige, og den nye forskning viser, hvordan fluelarver, der findes i nedbrydende plantemateriale, producerer unikke antimikrobielle stoffer. Forskere har identificeret potentielle nye stoffer i kampen, men understreger behovet for yderligere at udforske naturens ressourcer i vores kamp mod superbakterier.

En ny undersøgelse, offentliggjort i ACS Omega, antyder, at kemikalier skabt af fra simpel flue kan være effektive mod bakteriestammer af E. coli og Staphylococcus aureus.

Antimikrobiel resistens er en verdensomspændende krise. Efter årtiers overdreven receptudskrivning af antibiotika har bakterier udviklet sig til at omgå antibiotika hurtigere, end vi troede muligt. Ifølge Verdenssundhedsorganisationen WHO var antibiotikaresistente bakterier direkte årsag til mere end 1,2 millioner dødsfald i 2019 og bidrog til yderligere 5 millioner dødsfald.

Eksperter siger, at det for at overvinde disse superbakterier vil kræve antimikrobielle stoffer med helt nye virkemåder, måder at angribe og undergrave bakterier på, der adskiller sig radikalt fra eksisterende antibiotika.

Svaret på hvor de kan finde kan dog være tættere på os, end vi indser - måske endda i vores egen baghave. Forskere ved International Centre of Insect Physiology and Ecology i Nairobi, Kenya leder efter spor fra den sorte soldaterflue (Hermetia illucens), et insekt der nedbryder og lever af rådnende plantemateriale.

At lede efter næste generations antibiotika fra et affaldsbunkeinsekt er en bemærkelsesværdig mulighed for "at høste værdien ubrugeligt affald til at skabe terapeutiske stoffer, der kunne være meget nyttige for menneskeheden," siger medforfatter Chrysantus Tanga, der er insektforsker ved centret.

En flue med en hemmelig superkraft

Sorte soldaterfluer er skinnende sorte insekter, der ligner hvepse. De har de senere år udvidet deres levesteder til at omfatte næsten hele verden, fra Australien og Afrika til Europa og Amerika. Deres fede larver gumle især på kasseret plantemateriale eller andet affald.

Men der er ingen grund til panik - for hvad angår fluer, er de meget høflige naboer.

Sorte soldaterfluer er nemlig ikke tiltrukket af menneskers føde som deres fjerne fætter, stuefluen, og da de er meget ineffektive til at flyve, kan man derfor starte en koloni i sin baghave kompostbunke uden at bekymre sig om, at de vil invadere ens hjem, forklarer Chrysantus Tanga.

I Kenya er larver af sorte soldaterfluer blevet populært dyrefoder. De er nemme at opdrætte, kræver affald som det eneste input og er høje i protein. Men hvad landmænd måske ikke er klar over, er, at larverne også er immunitetsmestre, der overlever det virvar af bakterier, vira og mikrober i deres affaldsbunkehjem.

Så snart de klækker, "skal sorte soldaterfluelarver være deres egne læger ved at udvikle forsvarsmekanismer, der gør det muligt for dem at overleve," fortæller Chrysantus Tanga. "Du kan forestille dig mængden af patogener, du findes i nedbrudt materiale."

Hvordan man aktiverer en flues immunsystem

Insekternes produktion af antimikrobielle stoffer kræver betydelige investeringer af energi og ressourcer, så larverne justerer sandsynligvis løbende deres respons til de trusler, de står over for. Forskerne havde derfor en mistanke, at valget af affaldsmateriale, som larverne blev opdrættet på, kunne få dem til at forstærke eller sænke deres mikrobielle forsvar.

Hovedforfatter og ph.d.-studerende Mach Achuoth opdrættede larver på fire materialer eller substrater - svinemøg, kaninmøg, kartoffelaffald og markedsaffald. Markedsaffald er "resterne af landbrugsprodukter, frugt og grøntsager, der ikke kan sælges og ellers bare ville blive smidt ud et sted," forklarer medforfatter Cynthia Mudalungu, en naturstofkemiker.

Når larverne nåede deres femte udviklingsstadie (instar), samlede forskerne dem op, tørrede dem i en ovn og malede derefter deres kroppe i en blender. Derefter brugte de forskellige opløsningsmidler til at udtrække forskellige kemikalier fra den resulterende masse. Flydende hexan blev brugt til at udtrække olieholdige komponenter som fedtsyrer, der tidligere har vist sig at have antibiotika-lignende egenskaber. 

Men forskerne var også interesserede i, hvilke andre kemiske våben larverne havde i deres arsenal - så de lavede også ekstrakter ved hjælp af methanol og eddikesyre, som ville trække forbindelser frem med forskellige kemiske egenskaber.

Disse flydende ekstrakter blev derefter placeret i petriskåle med stammer af fire patogener: Staphyllococcus aureus, som forårsager en af de fem største hospitalserhvervede infektioner; E. coli, en forurening i mad og drikkevand spredt af afføring; Pseudomonas aeruginosa, som kan inficere blod og lunger og ofte pådrages af hospitalspatienter efter operation; og Bacillus subtilis, en bakterie fundet i den menneskelige tarm, der sjældent udløser infektioner.

Ville materialet, som larverne levede af, påvirke styrken af deres antimikrobielle virkning?

Plantekraft

Det stod hurtigt klart, at larverne ikke klarede sig godt i dyremøg generelt. Ved høsttidspunktet gav plantematerialerne omkring 4 kg larver hver, mens der kun blev samlet 1,0-1,5 kg larver fra møget.

Generelt havde larver, der blev opdrættet på plantemateriale, en større antimikrobiel effekt, forklarer Cynthia Mudalungu. Årsagen kan være næringssammensætningen af substraterne selv: planteaffald er højt i kulhydrater, en vigtig energikilde, som kan give larverne flere ressourcer til at investere i et stærkt immunrespons.

Selvom tidligere studier havde identificeret antimikrobielle egenskaber i de olieholdige komponenter i det flydende ekstrakt, "fandt vi i vores studie, at aktiviteten også var i eddikesyreekstraktet," forklarer Cynthia Mudalungu.

"Det fortæller os, at ud over de identificerede fedtsyrer skal vi også finde ud af, hvilke andre bioaktive forbindelser der er i disse ekstrakter," tilføjer hun.

Af de forskellige ekstrakt-bakteriekombinationer var det mest imponerende resultat eddikesyreekstraktet fra markedsaffald. Skylning af larvemassen med eddikesyre trak sandsynligvis peptider og polypeptider frem, en vigtig komponent i immunresponsen for alt fra mikroorganismer til mennesker. 

Peptider virker ofte ved at bore huller i en bakteries cellemembran, indtil de dør, eller ved at tvinge bakterier til at sprede sig ud, hvilket forhindrer dem i at kommunikere og formere sig.

Hvad er det næste?

Forskerne siger, at deres undersøgelse er en vigtig lektion til de mange andre forskerhold, der begiver sin ind i prøve at finde det næste nye antibiotika i insekter: Opdræt af et insekt i det forkerte miljø kan undlade at aktivere dets immunsystem fuldt ud og få forskerne til at overse potentielle terapeutiske stoffer.

Insekter er en "vigtig kilde til naturlige forbindelser", der ikke bør ignoreres, understreger Chrysantus Tanga. "Med hensyn til tilgængelighed og konstant forsyning og virkning, kan disse produkter vise sig mere effektive i modsætning til de fleste af de kilder til antibiotiske forbindelser, der bruges i øjeblikket."

Cynthia Mudalungu fortæller, at teamet allerede er i gang med at isolere og identificere forbindelser fra eddikesyreekstrakterne. Derefter vil de vende tilbage til petriskålene for at bestemme, hvilke der er de bedste kandidater til lægemiddeludvikling. 

Mens forskerne i de nuværende forsøg har testede larveekstrakterne mod bakteriestammer, der reagerer godt på antibiotika, så vil fremtidige eksperimenter virkelig sætte forbindelserne på prøve mod de mere hårdføre antibiotikaresistente bakterier.

"Vi tror på, at de forbindelser, vi får, kan være bedre end de, der allerede eksisterer," siger Cynthia Mudalungu.

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020