Voor het vormen van biofilms maken bacteriën gebruik van een ingenieus mechanisme van cel-naar-cel communicatie, dat bekend staat als quorum sensing. Het in de jaren zeventig van de vorige eeuw ontdekte fenomeen heeft nog niet tot in detail al zijn geheimen prijsgegeven. Wat wel duidelijk is, is dat er een flink aantal bacteriën aanwezig moet zijn om tot de trigger te komen om een biofilm te gaan vormen. “Als je één bacterie hebt, en die zegt van ‘ik zit hier goed, maar ik heb een gebrek aan nutriënten’, dan moet hij bepaalde enzymen gaan produceren om aan die nutriënten te komen. Maar de kans is groot dat dit enzym wegdrijft. Het is dus energetisch niet verwantwoord om dat te doen. Zitten er echter miljoenen bacteriën bij elkaar in de buurt, dan wordt er zoveel van dat enzym geproduceerd dat de nutriënten kunnen terugvloeien en is het wel zinvol om bepaalde energetische trajecten te volgen en daar de winst van terug te halen. Een bacterie produceert ook intra- en intercellulaire signaalmoleculen die naar buiten diffunderen. Vanaf een bepaalde concentratie wordt een quorum (een minimaal noodzakelijke hoeveelheid) bereikt, waardoor ze terug worden opgenomen en expressie van genen induceren, die zorgen voor vorming van de biofilm en productie van bepaalde enzymen en toxines.”

De vorming van de biofilm kent een vijftal fases. Dit begint met een vrij losse aanhechting aan de gastheercellen (absorptie). Hierna hechten ze sterker door de vorming van een monolaag, wat feitelijk het begin van de kolonisatie is. In die fase wordt ook een polymere matrixlaag gevormd, die de bacteriën beschermt. Na volgroeiing van de biofilm (door celdeling) kan een deel van de biofilm zich losmaken om een nieuwe cyclus van biofilmvorming te starten.

Vorig jaar heeft AHV al geïnvesteerd in een door Veolia Water Technologies geleverde Purelab Flex 3, die uit kraanwater ultrapuur water maakt, dat onder meer voor de LC-MS wordt gebruikt.

Niet zozeer een alternatief voor antibiotica, maar eerder een aanvulling waardoor antibiotica veel minder vaak nodig zijn, zijn de quorum sensing antagonisten die door AHV zijn ontwikkeld. “De werking van deze verbindingen is gericht op het ‘omtunen’ van het metabolisme van de bacterie. We doden de bacterie niet, maar we zorgen er voor dat die zich niet kan vestigen of breken zijn vestiging, de biofilm, af zodat hij zijn virulentie-eigenschappen niet tot expressie kan brengen. Hierdoor blijft hij gevoelig, niet alleen voor antibiotica, maar ook voor het immuunsysteem van de gastheer. Dat kan de bacteriën dan zelf opruimen. Omdat we de biofilm aanpakken, wat de oorzaak is van het probleem, kunnen we er voor zorgen dat het probleem langer wegblijft. Biofilms staan feitelijk een effectieve behandeling met antibiotica in de weg, waardoor infecties weer terug kunnen komen. Door de biofilm weg te halen is die kans veel kleiner. Dat komt ten goede aan de gezondheid van het dier, dat zo meer energie heeft om met stressoren om te gaan. Dat leidt in de praktijk tot een langere levensduur van het dier en een hogere productiviteit.”

Luc benadrukt dat de antagonisten geen geneesmiddelen zijn, zoals dat wel geldt voor antibiotica. “Onze visie is dat onze middelen preventief worden gebruikt. Hiervoor hebben we dierspecifieke protocollen ontwikkeld, waarbij de middelen worden toegediend –veelal oraal als additief bij het voer of als tablet– als dat nodig is. Een koe bijvoorbeeld heeft tijdens de lactatie vaste stressmomenten, zoals bij het afkalven. Dan is de kans op infectie groter. Die momenten kunnen we met onze producten voor zijn in de vorm van zo’n proactief preventief protocol waarmee je van te voren het dier ‘opschoont’, de biofilm weghaalt zodat het beest geen extra energie hoeft te stoppen in het vechten tegen een acute infectie. Het eigen immuunsysteem kan die dan prima bestrijden.”

Quorum sensing is door het vele onderzoek van de laatste jaren uitgegroeid tot een containerbegrip voor meerdere mechanismen. Er is nu bijvoorbeeld ook bewijs voor een interactie tussen wat een bacterie aan signaalmoleculen produceert en het effect op het immuunsysteem. Dus er is ook een effect tussen bacterie en gastheer. Die sequentie van het op elkaar reageren van systemen kan je beschouwen als een koude oorlog op bacterieel niveau.

Om ook met die sequentiële effecten rekening te houden heeft AHV de ontwikkelfocus, die aanvankelijk puur op biofilm lag, verbreed. “We kijken ook naar de effecten op immuunmodulatie en- stimulatie, ook in het kader van het terugdringen van de ontstekingsreactie. Verder onderzoeken we in hoeverre we de niet-schadelijke bacteriën, die bijvoorbeeld meehelpen met het verteren van voedsel in de darm, kunnen ontzien. Ook kijken we naar de integriteit van de darmwand, die samenhangt met de conditie van letterlijk één laag cellen, die intact moet blijven. De binding tussen die cellen kan je versterken, wat ten goede komt aan de darmintegriteit en de optimale werking”, licht Luc toe.

Naast het zoeken naar nieuwe stoffen wordt in de labs ook veel werk besteed aan het ontwikkelen van formuleringen. Initieel waren de producten vooral in de vorm van pillen, wat ideaal is voor toediening aan een koe, maar minder voor kippen of vissen. Dat moet bij voorkeur via het drinkwater of het voer. Hoe krijg je dan het product in de juiste dosering; blijft het stabiel over een bepaalde periode?

AHV heeft een BSL-2 microbieel laboratorium, een celkweeklab en een chemisch-analytisch lab, waar momenteel vijf onderzoekers werken. In het microbiële lab wordt gekeken naar de invloeden op specifieke bacteriën. Werken de producten op dezelfde manier op de verschillende bacteriële soorten, en hoe gaat dat precies in zijn werk? Daarbij wordt niet alleen naar de biofilm gekeken, maar ook naar de mortaliteit van bacteriën, de productie van enzymen en toxines.

In het celkweeklab worden verschillende koeien- en varkenscellijnen gekweekt voor het onderzoek. De onderzoekers kijken naar de cytotoxiciteit van de producten: wat zijn veilige doses op cellulair niveau; naar de immuno-modulatie: hoe stimuleren we de immuunrespons van de gastheer en ontwikkelen methoden voor het onderzoek naar de integriteit van bijvoorbeeld de darmwand.

In het chemisch-analytisch lab vindt op de eerste plaats kwaliteitscontrole plaats van de grondstoffen en AHV-eindproducten. Maar ook gaat er steeds meer werk naar het onderzoeken van wat er met de componenten gebeurt tijdens productie en toediening, met onder andere LC-MS. “Voor een formulering voor zalm mengen we ons product met visvoer. Dat wordt gepelletiseerd. Daar komt stoom aan te pas en hoge temperaturen. De vraag is dan of de componenten na die behandeling actief en beschikbaar blijven. Wat is de afbraak in functie van de tijd? Kunnen we iets terugvinden in de darm, in het bloed?”, geeft Luc als voorbeeld.