Het recente werk van de laboratoria Ackley en Chandler van het Department of Molecular Biosciences van de University of Kansas gaat echter in tegen dit idee, en suggereert in plaats daarvan dat een lagere pH in het spijsverteringskanaal sommige bacteriële ziekteverwekkers zelfs schadelijker kan maken.
Hun bevindingen, gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift PLOS Pathogens, zouden implicaties kunnen hebben voor het aanpakken van de crisis van antibioticaresistentie bij bacteriële infecties over de hele wereld.
Het onderzoek werd uitgevoerd met behulp van kleine, bacterie-etende organismen genaamd Caenorhabditis elegans.
“Deze wormachtige dieren zijn transparant, dus we kunnen vrij gemakkelijk kijken naar dingen die binnenin hen gebeuren,” zei co-auteur Brian Ackley, universitair hoofddocent moleculaire biowetenschappen aan de KU. “Met behulp van pH-gevoelige chemicaliën die aan de KU zijn ontwikkeld, de zogenaamde Kansas Reds, konden we de pH-waarde in het spijsverteringsstelsel controleren en zien wat er gebeurt als ze schadelijke bacteriën eten, vergeleken met niet-schadelijke bacteriën.”
Volgens de KU-onderzoekers zijn de spijsverteringskanalen van C. elegans onder normale omstandigheden, terwijl ze zich voeden met gezonde bacteriën, matig zuur in vergelijking met de menselijke magen. Maar de magen van deze modelsoorten vertonen ook regionale verschillen binnen het spijsverteringskanaal. Wanneer zij pathogenen opnemen, neutraliseren zij de zure omgeving.
Deze observatie suggereerde dat de dieren onderscheid kunnen maken tussen goede en slechte bacteriën, en schadelijke bacteriën veroorzaakten een minder zuur spijsverteringskanaal bij C. elegans — een resultaat dat ingaat tegen wat men zou verwachten als de zure omgeving werd opgewekt om bacteriën te doden.
Om dit te testen, gebruikten de onderzoekers dieren met mutaties in genen die hielpen bij het reguleren van de pH in hun spijsverteringskanaal.
“Wanneer dieren een zuurder spijsverteringsstelsel hadden, hadden ze meer kans om aangetast te worden door ziekteverwekkende bacteriën — opnieuw in strijd met wat men zou kunnen raden als zuurgraad nuttig was bij het doden van schadelijke insecten die het lichaam binnen zouden kunnen sluipen met voedsel,” zei Ackley. “Onze labteams waren in staat om aan te tonen dat het effect op de dieren specifiek te wijten was aan de pH door een base toe te voegen om het spijsverteringskanaal te bufferen. We gebruikten bicarbonaat, hetzelfde middel dat ons lichaam gebruikt om de maaginhoud te neutraliseren wanneer die in onze darmen terechtkomt. Het neutraliseren van de pH in de gemuteerde dieren keerde de versnelde infectie door de pathogene bacteriën terug.”
De KU-onderzoeker zei dat verschillende soorten verschillend reageren wanneer hun lichaam pathogene bacteriën opmerkt — maar sommige biologische reacties zijn gemeenschappelijk voor veel dieren.
“Een algemene reactie omvat de creatie van chemicaliën, zoals waterstofperoxide of hypochlorig zuur — alias bleekmiddel — in de buurt van de bacteriën, en vervolgens gespecialiseerde immuuncellen de stervende bacteriën te laten opeten,” zei Ackley. “Om ons lichaam veilig te houden, zet het immuunsysteem deze afweer alleen in als het zeker weet dat het wordt aangevallen. Het werk in C. elegans kan een manier suggereren waarop het lichaam deze verdedigingen klaar kan hebben om te gaan op het moment dat het nodig is – dat wil zeggen, de chemische omgeving in een gematigd zure staat houden waar het maken van die chemicaliën moeilijk is, en dan, bij infectie, eenvoudig de omgeving neutraliseren om de verdedigingen in te zetten.”
Ackley’s KU collega’s op het werk waren hoofdauteur Saida Benomar, Patrick Lansdon en Josephine R. Chandler van het Department of Molecular Biosciences, samen met Aaron Bender van het Department of Medicinal Chemistry, en Blake R. Peterson van The Ohio State University.
De onderzoekers geloven dat er redenen kunnen zijn om te geloven dat deze systemen op vergelijkbare wijze in mensen zouden kunnen werken.
De genen die zij in C. elegans bestudeerden, bestaan ook in mensen en controleren delen van het immuunsysteem. Verder heeft onderzoek in andere laboratoria gevallen bij mensen aangetoond waar problemen met het reguleren van de pH geassocieerd zijn met een verhoogd risico op infectie. In de toekomst willen de onderzoekers het mechanisme op een dieper niveau begrijpen.
“Ons doel is om dit natuurlijke afweersysteem bij mensen te stimuleren als een manier om ofwel het gebruik van antibiotica te vermijden of te verminderen,” zei Ackley. “Op dit moment is ons antibioticagebruik onhoudbaar, en bacteriën ontwikkelen resistentie in een alarmerend tempo. Als het in C. elegans ontdekte systeem in feite nog steeds aanwezig is in mensen, zou dat suggereren dat bacteriën zich veel langzamer aanpassen aan deze verdedigingsstrategie dan aan antibiotica.”