CeBIT 2017: Met genetische gegevens voorspellen bio-informatici antibioticumresistenties

Tijdbesparend: Bacteriën moeten momenteel op voedingsbodem worden gekweekt om resistenties te detecteren. Speciale tests en genetische gegevens moeten sneller zekerheid bieden. (Foto: Curetis) / Tijdrovend: Bacteriën moeten in voedingsmedia worden gekweekt om resistenties te detecteren. Speciale tests en genetische gegevens zijn bedoeld om sneller en betrouwbaarder resultaat te geven. (Foto: Curetis)

Professor Andreas Keller (Foto: Universität des Saarlandes) / Professor Andreas Keller (Foto: Universität des Saarlandes)

Elk jaar sterven in de Europese Unie ongeveer 25.000 mensen aan antibioticaresistente en daardoor moeilijk te behandelen bacteriën. Hoewel er diagnostische methoden bestaan om dergelijke resistenties vooraf te detecteren, zijn deze tijdrovend. Onderzoekers van het Centrum voor Bioinformatica aan de Universiteit van Saarland werken daarom samen met de diagnostiekontwikkelaar Curetis om de gevaarlijke resistenties sneller op te sporen. Hun geheime wapen: een uitgebreide genenbank en krachtige algoritmen. Hun huidige sneltests en hun blik op de toekomst presenteren ze op de Computermarkt Cebit in Hannover, hal 6, stand E28.

Enkele dagen geleden heeft de Wereldgezondheidsorganisatie WHO een lijst gepubliceerd van twaalf bacteriestammen die vanwege hun resistentie “de grootste bedreiging“ vormen voor de wereldwijde gezondheid, aldus de WHO. Aan deze resistenties werkt ook Andreas Keller, hoogleraar Klinische Bioinformatica aan de Universiteit van Saarland. „Als patiënten snel toegang krijgen tot de therapie die het beste geschikt is om de ziekteverwekker te bestrijden, is dat niet alleen in het voordeel van de patiënt. Het kan er ook toe bijdragen om de momenteel beschikbare antibiotica gerichter in te zetten, zodat de ontwikkeling van resistenties wordt vertraagd,“ legt hij zijn aanpak uit.

Huidige methoden om dergelijke resistenties te ontmaskeren, zijn tijdrovend. De bacteriën worden op voedingsbodems in een petrischaal gekweekt totdat ze zichtbaar zijn en hun reactie op antibiotica kan worden getest. Totdat het definitieve resultaat bekend is, verstrijkt kostbare tijd voor de patiënt. „Pas na 24 tot 72 uur weet de arts zeker met welk antibioticum hij moet behandelen. Geen arts laat een patiënt zo lang lijden, dus vertrouwt hij op zijn ervaring,“ legt Achim Plum, Chief Commercial Officer van Curetis, uit. „Als hij het verkeerde antibioticum gebruikt, heeft de patiënt daar niets aan. Maar niet alleen dat: met elke toediening van antibiotica bestaat het risico dat resistente kiemen ontstaan. Omdat bacteriën zich zeer snel vermenigvuldigen, is dat evolutie in een tijdsbestek van een oogwenk,“ aldus Plum.

Het bedrijf uit Baden-Württemberg verkoopt inmiddels sneltests die met behulp van speciale moleculen ziekteverwekkers en hun resistenties bij longontsteking, weefsel- en implantaatinfecties, evenals infecties van bloed en buikholte kunnen detecteren. „Momenteel gebruiken we de genetische markers voor antibioticaresistentie die al langer bekend zijn. Daarmee dekken we de momenteel meest voorkomende resistentie-mechanismen. Maar we weten dat we daarmee resistenties missen,“ zegt Achim Plum. „We willen daarom ook de momenteel minder vaak voorkomende resistentie-mechanismen ontcijferen, omdat ze in de toekomst mogelijk een grote bedreiging vormen.“ Om geschikte tests te ontwikkelen, zijn onderzoeken nodig aan honderden of duizenden ziekteverwekkers die uit patiënten zijn geïsoleerd. „We hebben zowel de volledige genetische informatie van de pathogenen nodig als hun reactie op gangbare antibiotica, zodat we een verband kunnen leggen tussen resistentie en de onderliggende genetische verandering,“ legt Plum uit.

Om dat te bereiken, heeft Curetis in september vorig jaar de genenbank GEAR overgenomen van Siemens Technology Accelerator GmbH, wat staat voor “Genetic Antibiotic Resistance and Susceptibility“. De database en het bijbehorende platform zijn ontwikkeld in samenwerking met twee universiteiten. Het Instituut voor Klinische Moleculaire Biologie in Kiel was verantwoordelijk voor de genoomsequencing van de bacteriën, professor Andreas Keller en zijn werkgroep “Klinische Bioinformatica“ aan de Universiteit van Saarland namen de computerondersteunde analyse van de 30-terabyte grote databestand voor hun rekening.

„Bacteriën zijn ongelooflijk slim en zetten hun genetische mechanismen voor resistentie zeer snel in werking. Met behulp van GEAR kunnen we nu hun strategieën volgen,“ zegt bioinformaticus Keller. Een voorwaarde daarvoor is een wereldwijde databron die decennia bestrijkt. Daarom bevat GEAR 11.000 bacteriestammen en reactiepatronen op 21 antibiotica, die in de afgelopen drie decennia uit patiëntmonsters over de hele wereld zijn geïsoleerd.

Met behulp van de gegevens onderzoeken de onderzoekers welke genetische afwijkingen samenhangen met de betreffende antibioticaresistentie. „Dat is een gigantisch puzzel,“ zegt Keller en rekent snel uit dat de onderzochte hoeveelheid data overeenkomt met bijna 500.000 bijbels. Zijn algoritmen en eerste resultaten geven hem vertrouwen: „We kunnen de resistenties al voor 85 procent voorspellen,“ aldus Keller.

Resistenties tegen oude en nieuwe antibiotica ontwikkelen zich dynamisch. Daarom moet ook de GEAR-database blijven evolueren. „Antibioticaresistentie is een van de meest urgente problemen in de gezondheidszorg wereldwijd en moet gecoördineerd worden aangepakt. We zijn van plan GEAR uit te bouwen tot een gezamenlijke onderzoeksplatform voor antibioticaresistentie, in samenwerking tussen academisch onderzoek, de volksgezondheid en de industrie,“ zegt Plum.