Module 5: Het “One Health” paradigma vanuit
antibioticaresistentie
In deze module wordt er van jou verwacht om twee opdrachten te maken. Deze opdrachten
moet je voltooien om de volgende onderdelen van de module te ontgrendelen. Lees
telkens heel goed de geel gemarkeerde tekst bij elke opdracht. Deze geeft aan hoe je de
opdracht moet oplossen.
5.0 Afkortingen en begrippen
1
,5.1 Hoe werken antibiotica en hoe ontstaat antibioticaresistentie?
5.1.1 Antibiotica richten zich tot specifieke cel eigenschappen van bacteriën
Bacteriën zijn ééncellig en hun cel is verschillende van humane en dierlijke cellen: celwand,
DNA, ribosomen en metabolisme bieden mogelijkheden om antibiotica te ontwerpen die
selectief zijn voor bacteriën (herinner uit de les biologie: “prokaryoten”) en dus weinig of
geen nevenwerkingen hebben voor mens en dier (de “eukaryoten”). Figuur 1 toont hiervan
enkele voorbeelden.
De meeste antibiotica zijn afgeleid van schimmels: denk hierbij aan het verhaal van de
ontdekking van penicilline, binnenkort 100 jaar geleden. Dr. Flemming – professor
bacteriologie in St. Mary’s Hospital in London - stelde na een vakantie vast dat een schimmel
op een voedingsbodem met bacteriën terecht was gekomen en hierop gegroeid was (Figuur
2a en 2b); rondom de schimmel stelde hij een bacterievrije zone vast. Hij begreep correct
dat de schimmel (Penicillium) een bacteriedodend effect had en kon hiermee het eerste
antibioticum penicilline ontwikkelen. Ook vele andere antibiotica (die op dit ogenblijk
synthetisch bereid worden) zijn oorspronkelijk van schimmels afgeleid.
5.1.2 Ontstaan van resistentie
Omdat ze al miljoenen jaren concurreren met andere micro-organismen waaronder
schimmels, hebben bacteriën een arsenaal aan mechanismen ontwikkeld die de activiteit
van antibiotica voorkomen of neutraliseren. Ze kunnen het antibioticum vernietigen of
modificeren voordat het zijn doel bereikt, voorkomen dat het de cel binnendringt door de
"porins" (aanvoer- en afvoerkanalen) in de celwand te sluiten, het antibioticum uit de cel
wegpompen of het doelwit van het antibioticum (bijvoorbeeld celwand of ribosoom)
chemisch veranderen maskeren of een alternatief metabolisme te ontwikkelen in geval van
antibiotica die metabole cel processen blokkeren (Figuur 3). Deze mechanismen ontstaan
door genetische factoren waaronder DNA-mutaties. Deze mutaties kunnen door celdeling
2
, aan het nageslacht doorgegeven worden (vertical transmission) maar ook via kleine
fragmenten (plasmids, horizontal transmission) tussen verschillende bacteriesoorten
uitgewisseld worden (Figuur 4).
5.1.3 Natural selection van resistentie
Bij blootstelling aan een bepaald antibioticum vindt een proces van natural selection plaats:
de resistente bacteriën kunnen overleven; terwijl hun gevoelige lotgenoten afsterven zullen
zij zich vermenigvuldigen en verspreiden (Figuur 5). Deze natural selection treedt makkelijker
op wanneer de concentratie van het antibioticum in het lichaam te laag is bijvoorbeeld
omdat het antibioticum slecht in een abces doordringt of in geval van te lage dosering.
Bovendien worden – naast de bacterie die de infectie veroorzaakt – ook alle bacteriën van
de zogenaamde commensal flora (bacteriën die de normale flora uitmaken in de darm,
bovenste luchtwegen en de huid) aan de antibiotica blootgesteld zodat ook hier resistente
mutaties kunnen uitgeselecteerd worden. Door plasmiden uit te wisselen kunnen bacteriën
snel resistentie accumuleren tegen verschillende klassen antibiotica, waardoor zogenaamde
multidrug resistant (MDR) bacteriën ontstaan.
Zie voor ontstaan en selectie van resistentie de TED-Ed video. Dit is een video die uitstekend
dienst kan doen als “refresher intro” (5 min), hij is ook beschikbaar in het Spaans.
3
antibioticaresistentie
In deze module wordt er van jou verwacht om twee opdrachten te maken. Deze opdrachten
moet je voltooien om de volgende onderdelen van de module te ontgrendelen. Lees
telkens heel goed de geel gemarkeerde tekst bij elke opdracht. Deze geeft aan hoe je de
opdracht moet oplossen.
5.0 Afkortingen en begrippen
1
,5.1 Hoe werken antibiotica en hoe ontstaat antibioticaresistentie?
5.1.1 Antibiotica richten zich tot specifieke cel eigenschappen van bacteriën
Bacteriën zijn ééncellig en hun cel is verschillende van humane en dierlijke cellen: celwand,
DNA, ribosomen en metabolisme bieden mogelijkheden om antibiotica te ontwerpen die
selectief zijn voor bacteriën (herinner uit de les biologie: “prokaryoten”) en dus weinig of
geen nevenwerkingen hebben voor mens en dier (de “eukaryoten”). Figuur 1 toont hiervan
enkele voorbeelden.
De meeste antibiotica zijn afgeleid van schimmels: denk hierbij aan het verhaal van de
ontdekking van penicilline, binnenkort 100 jaar geleden. Dr. Flemming – professor
bacteriologie in St. Mary’s Hospital in London - stelde na een vakantie vast dat een schimmel
op een voedingsbodem met bacteriën terecht was gekomen en hierop gegroeid was (Figuur
2a en 2b); rondom de schimmel stelde hij een bacterievrije zone vast. Hij begreep correct
dat de schimmel (Penicillium) een bacteriedodend effect had en kon hiermee het eerste
antibioticum penicilline ontwikkelen. Ook vele andere antibiotica (die op dit ogenblijk
synthetisch bereid worden) zijn oorspronkelijk van schimmels afgeleid.
5.1.2 Ontstaan van resistentie
Omdat ze al miljoenen jaren concurreren met andere micro-organismen waaronder
schimmels, hebben bacteriën een arsenaal aan mechanismen ontwikkeld die de activiteit
van antibiotica voorkomen of neutraliseren. Ze kunnen het antibioticum vernietigen of
modificeren voordat het zijn doel bereikt, voorkomen dat het de cel binnendringt door de
"porins" (aanvoer- en afvoerkanalen) in de celwand te sluiten, het antibioticum uit de cel
wegpompen of het doelwit van het antibioticum (bijvoorbeeld celwand of ribosoom)
chemisch veranderen maskeren of een alternatief metabolisme te ontwikkelen in geval van
antibiotica die metabole cel processen blokkeren (Figuur 3). Deze mechanismen ontstaan
door genetische factoren waaronder DNA-mutaties. Deze mutaties kunnen door celdeling
2
, aan het nageslacht doorgegeven worden (vertical transmission) maar ook via kleine
fragmenten (plasmids, horizontal transmission) tussen verschillende bacteriesoorten
uitgewisseld worden (Figuur 4).
5.1.3 Natural selection van resistentie
Bij blootstelling aan een bepaald antibioticum vindt een proces van natural selection plaats:
de resistente bacteriën kunnen overleven; terwijl hun gevoelige lotgenoten afsterven zullen
zij zich vermenigvuldigen en verspreiden (Figuur 5). Deze natural selection treedt makkelijker
op wanneer de concentratie van het antibioticum in het lichaam te laag is bijvoorbeeld
omdat het antibioticum slecht in een abces doordringt of in geval van te lage dosering.
Bovendien worden – naast de bacterie die de infectie veroorzaakt – ook alle bacteriën van
de zogenaamde commensal flora (bacteriën die de normale flora uitmaken in de darm,
bovenste luchtwegen en de huid) aan de antibiotica blootgesteld zodat ook hier resistente
mutaties kunnen uitgeselecteerd worden. Door plasmiden uit te wisselen kunnen bacteriën
snel resistentie accumuleren tegen verschillende klassen antibiotica, waardoor zogenaamde
multidrug resistant (MDR) bacteriën ontstaan.
Zie voor ontstaan en selectie van resistentie de TED-Ed video. Dit is een video die uitstekend
dienst kan doen als “refresher intro” (5 min), hij is ook beschikbaar in het Spaans.
3
