De Volkskrant, Wetenschap, 29 mei 2004 (pagina W7)
Door Marcus Werner
De productie van moderne antibiotica tegen resistent geworden, ziekmakende bacteriën is duur en milieubelastend. Evolutie levert een aantrekkelijk alternatief.
Linda Ottens hart ligt bij de wetenschap, zoveel is duidelijk.
Vóór haar promotieonderzoek aan de Groningse universiteit werkte zij bij een grote Nederlandse farmaceutica-producent. Het salaris was er ruim twee maal zo hoog als dat van een promovendus. 'Maar ik wilde heel graag weer aan de universiteit onderzoek doen.'
Toch kunnen misschien geneesmiddelenfabrikanten binnenkort alsnog profijt trekken van Ottens inspanningen. Vrijdag promoveerde de farmaceutisch biologe aan de Rijksuniversiteit Groningen op haar onderzoek naar een alternatieve fabricagemethode voor de wereldwijd veelgebruikte synthetische bèta-lactaam-antibiotica. Mogelijk kunnen daarmee de huidige energieverslindende en milieuvervuilende – en daarmee dure – technieken naar de prullenbak worden verwezen.
Otten zocht samen met een collegapromovendus naar een alternatieve route om te komen tot synthetische afgeleiden van het natuurlijke antibioticum cefalosporine C. In Amerika is bijvoorbeeld cefalaxine populair.
De promovenda: 'Cefalosporine heeft op twee plaatsen zijketens, een lange en een korte. In cefalexine is de lange keten vervangen door een 'aromatische' zijketen – een waarin zes koolstofatomen een zeshoek vormen. De korte keten ontbreekt geheel.'
Cruciaal in de synthese van cefalexine is het verkrijgen van een 'kale' ruggengraat van het natuurlijke antibioticum. Dááraan de gewenste zijgroepen krijgen is biochemisch gezien een relatief koud kunstje.
Maar in de verwijdering van zijgroepen zit 'm de kneep. Die moeten volgens een omslachtige hydrolyse-reactie worden losgeweekt. Otten: 'De ruggengraat van de stof is nogal instabiel, waardoor tijdens de reactie koeling tot min veertig graden nodig is om te voorkomen dat behalve de zijgroepen het hele molecuul aangetast raakt. Dat kost veel energie. Bovendien is deze chemische hydrolyse erg milieuvervuilend. Bij de productie van een kilo cefalexine ontstaat veertig kilo afval, waaronder het zeer giftige pentachloor.'
In de natuur is hydrolyse heel normaal. Eiwitten worden er in de darmen mee in stukken geknipt bijvoorbeeld. En zonder uitzondering gebeurt hydrolyse onder invloed van enzymen, in elk denkbaar organisme.
In de antibiotica-industrie is al geëxperimenteerd met uit bacteriën en gisten gewonnen enzymen, vertelt Otten. Alleen: 'Hoe er ook naar is gezocht, een enzym dat die ruggengraat maakt, namelijk zogeheten 7-ADCA, is nog niet gevonden.'
Otten omzeilde dit gemis door een oeroude truc van Moeder Natuur toe te passen. Voor de hydrolyse van de stof glutaryl-7-ACA tot de aan 7-ADCA verwante stof 7-ACA, is namelijk wél een enzym bekend.
De promovenda speelde voor Moeder Natuur door het bewuste zogeheten glutaryl-acylase-enzym zichzelf te laten omvormen. Voor deze 'gerichte evolutie' liet Otten eerst in een reageerbuis het gen voor de aanmaak van het uitgangsenzym zichzelf vermeerderen volgens een techniek waarin een kettingreactie talloze kopieën van een te vermeerderen DNA-fragment oplevert.
Otten zorgde voor afwijkende reactieomstandigheden, waardoor het proces nogal slordig verliep. 'Daardoor ontstonden toevallige veranderingen, mutaties in het DNA, goed voor allerlei varianten van het oorspronkelijke enzym. De volgende stap was om de voor evolutie nodige natuurlijke selectie haar werk te laten doen – de beste varianten te laten overleven.'
De varianten werden ingebouwd in E. coli-bacteriën, waarvan sommige inderdaad de gezochte klus klaarden.
Nadere analyse bracht aan het licht dat het oorspronkelijke enzym was gewijzigd doordat op twee plaatsen aminozuren, de eenheden waaruit eiwitten zijn opgebouwd, waren vervangen door andere. Otten benadrukt het maar even: 'Daarmee ligt de weg open naar een veel milieuvriendelijker productiemethode voor cefalexine. De omzetting tot 7-ADCA kan bijvoorbeeld worden overgenomen door geschikte bacteriën die het nieuwe enzym aanmaken.'
Maar zo ver is het nog niet, want Ottens elegante methode is voor industriële doeleinden nogal aan de trage kant. 'Daarvoor zou de efficiëntie van het enzym flink omhoog moeten.'
Hoe dat klaargespeeld kan worden, onderzocht Otten al wel. Eén route is het uit twintig mogelijke aminozuren vinden van nog geschiktere vervangende aminozuren voor de twee kennelijk belangrijke mutatieplaatsen. 'De toevallige vervangingen in het nieuwe enzym zijn immers niet per se de beste.'
Copyright: Werner, Marcus