De zwarte soldatenvlieg: ten strijde tegen antibioticaresistentie

Antibiotica gaan elke dag vlot over de toonbank van elke apotheek. Ze zijn onmisbaar bij het bestrijden van bacteriële infecties. Toch is het gebruik van antibiotica niet zonder gevaar. Bacteriën kunnen namelijk resistentie tegen deze geneesmiddelen ontwikkelen. Elk jaar krijgen steeds meer patiënten hierdoor te kampen met moeilijk behandelbare infecties. Antibioticaresistentie wordt naar schatting tegen 2050 wereldwijd zelfs de belangrijkste doodsoorzaak. Tijdig ingrijpen is dus nodig. Maar hoe kunnen insecten ons in hemelsnaam hierbij helpen?

De natuur dient al decennialang als bron voor de meerderheid van antibiotica die gebruikt worden in de geneeskunde. Ook insecten zijn de laatste jaren een populair onderzoekstopic in de speurtocht naar nieuwe antibiotica. Veel insecten leven maar al te graag in erg vuile omstandigheden zoals rottende etensresten of mest. Dat heeft wetenschappers doen inzien dat insecten wel over een erg uitgebreid arsenaal aan antimicrobieel actieve componenten moeten bezitten. Die rottende organische materialen bevatten immers een scala aan bacteriën, waartegen de insecten zich moeten kunnen verdedigen. Bovendien vormen insecten met meer dan 1 miljoen in kaart gebrachte soorten de grootste en meest diverse groep in het dierenrijk, waardoor er nog veel ruimte is om bij hen nieuwe stoffen te ontdekken. Eén zo’n insect is bijvoorbeeld de bijzondere zwarte soldatenvlieg, met als wetenschappelijke naam: Hermetia illucens.

Een vlieg uit het leger?

In tegenstelling tot wat zijn naam doet vermoeden, steekt of bijt de zwarte soldatenvlieg niet en is hij veelal onschadelijk voor de mens. Zijn naam krijgt hij van zijn zwart pantser dat een metaalachtige schijn vertoont. Hoewel de zwarte soldatenvlieg oorspronkelijk uit tropische gebieden in Zuid-Amerika komt, kan je hem ondertussen vrijwel overal ter wereld terug vinden. De volwassen vlieg legt haar eitjes het liefst in vochtig, ontbindend organisch materiaal en de larven overleven dus goed te midden van allerlei micro-organismen. Daarom kijken onderzoekers graag naar de antimicrobiële overlevingsstrategieën van die vlieg.

De zwarte soldatenvlieg (links) en zijn larven (rechts).

Defensieve bacteriën

Net als de mens beschikt de zwarte soldatenvlieg over een breed scala aan microbiële flora die zich ofwel op het exoskelet ofwel binnenin de vlieg bevinden. Het grootste deel van die microben bevindt zich in het darmkanaal van de vlieg, waar ze allerlei functies vervullen gaande van hulp bij voedselvertering tot het beschermen van de vlieg tegen andere, ongewenste micro-organismen. Aan de KU Leuven voerden we een onderzoek uit naar de darmmicroben van de zwarte soldatenvlieg waarbij we een collectie van dominante micro-organismen aanlegden. Deze collectie onderwierpen we vervolgens aan testen die peilen naar hun antimicrobiële activiteit. Opvallend voor ons was vooral de sterke activiteit van de Trichosporon asahii schimmel tegen enkele belangrijke humane pathogenen, zoals Staphylococcus aureus, die vooral luchtweg- en huidinfecties veroorzaakt, en Candida albicans, een gist die gekend is voor zowel vaginale als huidinfecties. Verschillende antibiotica die we vandaag gebruiken zijn ook afkomstig uit micro-organismen. Zo is penicilline bijvoorbeeld afkomstig uit de schimmel Penicillium chrysogenum, en komt het antibioticum clindamycine oorspronkelijk uit Streptomyces bacteriën.

IJverige eiwitten

Naast haar darmflora beschikt de zwarte soldatenvlieg zelf ook over een afweermechanisme: de productie van antimicrobiële peptiden. Antimicrobiële peptiden zijn kleine eiwitten die in elk levend organisme teruggevonden kunnen worden. Ze maken deel uit van het immuunsysteem en zijn vaak sterk actief tegen verschillende micro-organismen. In de zwarte soldatenvlieg werden maar liefst 52 van deze eiwitten ontdekt. De zwarte soldatenvlieg is zo, op het lieveheersbeestje na, het insect met de grootste hoeveelheid gekende antimicrobiële peptiden. Ook van deze verzameling peptiden testten we de activiteit tegen humane, bacteriële pathogenen. En wat bleek? Bijna de helft van de eiwitten was sterk actief tegen één of meerdere probleembacteriën, waaronder Staphylococcus aureus, Escherichia coli, en Pseudomonas aeruginosa.

Pseudomonas aeruginosa is een bacterie die naast huid- en urineweginfecties, ook longinfecties kan veroorzaken. Zeker mensen bij wie het immuunsysteem verzwakt is, lopen risico op infectie met deze bacterie. Bovendien veroorzaakt Pseudomonas aeruginosa ook vaak ziekenhuis-gerelateerde infecties. Zo zijn mensen die geïntubeerd worden (bijvoorbeeld omwille van een virale luchtweginfectie) extra gevoelig voor een secundaire Pseudomonas longinfectie. Ons huidig onderzoek aan de Universiteit Antwerpen focust zich dan ook op hoe deze antimicrobiële peptiden gebruikt kunnen worden in de preventie en behandeling van zulke longinfecties. We toonden alvast aan dat de peptiden weinig schadelijk zijn voor menselijke longcellen, en ook dat bacteriën minder snel resistentie ontwikkelen tegen deze peptiden. Een veelbelovende start dus!

Actieve componenten kunnen gezocht worden in zowel het microbioom van de vlieg en larven, als in het insect zelf.

Wat biedt de toekomst?

Het gebruik van insecten in de geneeskunde is niet nieuw. Zo worden de larven van de Lucilia sericata vlieg nog steeds gebruikt in het ziekenhuis om ernstige wondinfecties te bestrijden. Hun antimicrobiële werking wordt nu ook gelinkt aan de productie van zulke antimicrobiële peptiden. Momenteel zijn er echter nog geen geneesmiddelen op de markt die afkomstig zijn uit insecten. Antimicrobiële peptiden zijn vaak weinig stabiel omdat ze afgebroken worden door enzymen in ons lichaam. Het ontwikkelen van nieuwe antibiotica op basis van deze eiwitten is dan ook uitdagend.

Dat wetenschappers wereldwijd wel geloven in een toekomst voor antimicrobiële peptiden, wordt duidelijk uit de hoeveelheid onderzoek die zich er momenteel op toespitst. Ook worden er al verschillende eiwit-antibiotica momenteel in klinische testen onderzocht. Of er ook een toekomst is weggelegd voor de peptiden uit de zwarte soldatenvlieg, zal verder onderzoek nog moeten uitwijzen. Ons nieuwe project kijkt bijvoorbeeld of we deze peptiden kunnen gebruiken om coatings te ontwikkelen voor endotracheale tubes. Dat zijn de tubes die gebruikt worden om patiënten te intuberen bij ernstige luchtwegproblemen. Wel is het duidelijk dat, hoewel veel mensen ze liever kwijt dan rijk zijn, insecten zoals de zwarte soldatenvlieg erg nuttig zijn voor de mens.