Optimalisering: Novel antimicrobial peptides to overcome drug-resistant infections in veterinary medicine

Behovet for nye antibiotika i human- og veterinærmedisin er større enn noensinne på grunn av den raske fremveksten av nye infeksjonssykdommer og multiresistente bakterier (MRB). Infeksjoner som skyldes MRB fører til store økonomiske tap og samfunnsmessige utfordringer. Mastitt er en bakteriell infeksjon som fører til betennelse i jurene til storfe, og er den dyresykdommen som forårsaker størst tap for melkeproduksjonen på verdensbasis. Sykdommen koster meieriindustrien i Norge 245 MNOK/år og opptil 2 milliarder USD/år i USA. Forskere ved NMBU har nylig isolert nye antibakterielle peptider fra probiotiske bakterier fra råmelk som har effekt mot en rekke antibiotikaresistente bakteriestammer som er skadelige for dyr og mennesker. Resultatene viser at i tillegg til å være effektive mot MRB, så er de mer potente enn konkurrerende antibakterielle stoffer på markedet. I dette proof-of-principle prosjektet vil vi undersøke mulighetene for å bruke de patenterte antimikrobielle peptidene i veterinærmedisin, for eksempel, til behandling av mastitt og hudinfeksjoner forårsaket av antibiotikaresistente bakterier. I løpet av prosjektperioden har vi stort sett oppnådd alle målene som er beskrevet i prosjektbeskrivelsen: -Vi har optimalisert peptid produksjonen ved hjelp av syntetisk biologi, og oppnådd 2000x økning i produksjon ift den mengden produsert av den naturlige produsenten. -Vi har testet peptid stabilitet og toksisitet av formuleringer for topikal behandling. -Vi har, i løpet av prosjektperioden, sendt inn to patentsøknader og begge er i ferd med å gå inn i den nasjonale fasen. -Vi har etablert en in house musemodell for infeksjon- og behandlingssstudier, og resultatene er lovende. Vår bacteriocin-basert formulering er meget effektiv mot MRSA, og er faktisk bedre enn den kommersielle produktet fucidin mtp å hindre resistensutvikling. -Vår formulering er også aktiv mot flere andre patogener, inkludert listeria, enterokokker (blant annet VRE), streptokokker, baciller. -Resultatene fra prosjektet vil også være svært relevante for utvikling av antimikrobielle produkter for human medisin. -Vi har fått verifisering/kommersialiseringsprosjekt (FORNY)for å videre utvikle nye antimikrobielle produkter basert på våre patenterte peptider, for effektiv behandling og forebygging av infeksjoner hos dyr, og for å undersøke mulighet for å kunne etablere et biotek-selskap. I tillegg har vi fått et annet NFR-finansiert prosjekt, gjennom programmet BEDREHELSE, for å utvikle bacteriosiner til human medisiner for behandling av hudinfeksjoner. Totalt sett, har dette prosjektet vært meget verdifullt og nyttig, ikke bare for å løse det alvorlige problem med antibiotika-resistens som vi står overfor hos dyr og mennesker, men også for å bringe resultater fra grunnforskning til samfunnsnyttige applikasjoner.

The project has definitely strengthened Ås campus in their works on antibiotic resistance, and in translating their works from basic science to applied science. To our knowledge, we are one of the few, if not the one only, on Ås campus who have antibiotic resistance and drug development as major research themes in research portfolio. Our competence in this field has becoming well-acknowlegded not only because of our scientific contributions/publications but through popular communications in newspapers, radio and forsking.no and conferences. Nationally and internationally, we have been invited to give lectures on antibiotic resistance and drug development, be partner in project proposals which were granted: NFR-funded national networking project Iresist (https://site.uit.no/iresist/) to join forces against antibiotic resistance, and EU-funded project Ifermenter (https://ifermenter.eu/) to produce bactertiocins from sugar wastes.

The need for new antimicrobial agents in both human and veterinary medicine is greater than ever because of the rapid emergence of new infections and multidrug resistant bacterial (MRB) infections, causing huge economical losses and societal challenges. Mastitis refers to inflammation of the udder in cows caused by bacterial infection, and is the animal disease that causes greatest loss to milk production worldwide. The disease costs the dairy industry in Norway 245M NOK/year and upwards of USD 2 billions/year in USA. Researchers at NMBU have recently isolated new peptides from probiotic bacteria from raw milk with antibacterial effects on a range of pathogenic bacterial strains and their drug resistant derivatives harmful to animals and humans, including mastitis causing pathogens. Our results show that in addition to be effective on MRB, it is more potent than competing commercially available antimicrobial peptides. In this proof of principle project we will explore the potential for using the patented antimicrobial peptides for veterinary use, especially for treating mastitis caused by bacterial strains resistant and/or sensitive to antibiotics. During the project period we expect to have optimized peptide production using synthetic biology, tested peptide stability in formulations for topical and intramammary infusion, and preliminary efficiency and toxicity data from animal infection models. The results of this project will be highly relevant for development of antimicrobial products for human medicine. The overall goal of the project is to develop novel antimicrobial products based on our patented peptides, for effective treatment and prevention of mastitis in domestic animals. The end users and customers of our products will be farmers and veterinarians. During the project we aim to explore the market for these products in more detail and the base for establishing a company that may create jobs in the Norwegian biotechnology industry.