Bakteriel kamp genererer nye antibiotika

Forskere ved MIT opfordrede bakterier til at producere et nyt antibiotikum ved at sætte dem mod en mikrobiel fjende. Den nyopdagede forbindelse kan dræbe H. pylori , bakterier forbundet med mavesår. Tilgangen kunne give en ny måde at opdage nye antibiotika på og kaste lys over, hvordan og hvornår bakterier udskiller disse giftige forbindelser.





Bakteriekamp: Forskere har opdaget et nyt antibiotikum, isoleret fra bakterien Rhodococcus fascians. Når det dryppes på en papirskive (hvid) midt på en tallerken fuld af andre bakterier (orange), dræber det nye antibiotikum bakterierne.

Laboratoriet er et tamt sted, hvis du er en bakterie: du behøver ikke kæmpe for en krystal af sukker, siger Philip Lessard, en molekylærbiolog ved MIT, som samarbejdede om arbejdet. Så måske ser vi dem ikke spytte kemisk krigsførelse ud, som de normalt ville.

Antibakteriel resistens – når bakterier bliver uovervindelige for et bestemt lægemiddel – er ved at blive en stor krise på amerikanske hospitaler. Ifølge Centers for Disease Control and Prevention får cirka to millioner amerikanere infektioner, mens de er på hospitaler hvert år, hvoraf 90.000 er dødelige. Omkring 70 procent af disse infektioner er resistente over for mindst én type antibiotika.



Forskere over hele kloden leder efter måder at fremstille nye antibiotika på. Nogle projekter involverer sammensmeltning af eksisterende lægemidler til potente nye molekyler, mens andre tilgange fokuserer på at designe nye lægemidler, der retter sig mod specifikke mekanismer for mikrobiel resistens. Men nyere sekventeringsundersøgelser tyder på, at bakterier besidder en uudnyttet brønd af nye antibiotika, som de ikke producerer under normale laboratorieforhold, og derved forbliver skjult for videnskabsmænd i årtier.

Forskere, der arbejder i Anthony Sinskey 's laboratorium på MIT sekventerede genomet af en stamme af jordlevende bakterier kendt som Rhodococcus fascians . De var overraskede over at opdage, at denne organisme, der ikke er kendt for sine antibiotika-producerende evner, husede en række gener, der var involveret i metabolismen af ​​antibiotikalignende forbindelser. (I naturen producerer bakterier antibiotika som en overlevelsesmekanisme, for at rense sig selv en niche i den overfyldte mikrobielle verden.)

Mens Rhodococcus syntes genetisk at være i stand til at producere forbindelserne, det gjorde organismerne ikke i laboratoriet – det vil sige, at de blev dyrket sammen med en anden type bakterier, kaldet Streptomyces , som er blandt de mest produktive antibiotikaproducenter i den mikrobielle verden. Mikrobiolog Kazuhiko Kurosawa og hans kolleger offentliggjorde deres opdagelse i sidste måned i Journal of the American Chemical Society .



Den nye forbindelse, kaldet rhodostreptomycin, tilhører en klasse af antibiotika kendt som aminoglykosider, som omfatter neomycin, der bruges i mange førstehjælpscremer, og streptomycin, et tuberkuloselægemiddel. Selvom det er uklart, om stoffet ville være egnet til klinisk brug, viser tidlige test, at det kan dræbe H. pylori , bakterier knyttet til mavesår, og det kan overleve meget sure miljøer som mavens. Molekylet ser også ud til at indeholde en ny strukturel komponent, som kunne være et springpunkt for kemikere, der er interesserede i at designe nye lægemidler. Dette åbner et nyt domæne i det kemiske mangfoldighedsrum, siger Lessard.

Forskere ved endnu ikke præcist, hvordan Rhodococcus stamme erhvervet evnen til at lave dette nye toksin. Kun én ud af et antal kolber af Rhodococcus vokser med fjenden Streptomyces produceret antibiotika. Kurosawa og hans kolleger opdagede, at den lægemiddelproducerende stamme indeholder en stor del af DNA fra den anden organisme. Mens tidligere forskning tyder på, at DNA-bytning mellem bakterier er ret almindelig - det menes at ligge til grund for bakteriers evne til hurtigt at udvikle lægemiddelresistens - har udvekslingen været svær at observere på egen hånd. I dette tilfælde er processen fanget på fersk gerning, og man kan se konsekvenserne, siger Jon Clardy , en kemiker ved Harvard Medical School i Boston.

Arbejdet har vakt begejstring hos forskere, der udvikler nye antibiotika, fordi metoden kan give en ny måde at afdække de skjulte antibiotika-producerende evner hos forskellige slags bakterier. Fremskridt inden for sekventeringsteknologi gør det nu muligt at se, hvordan mangfoldigheden af ​​kendte antibiotika er kommet fra genudveksling, siger Michael Fischbach, en mikrobiel genetiker ved Broad Institute, i Cambridge, MA. Fischbach fører tilsyn med et projekt for at sekventere 16 stammer af Streptomyces , hvor videnskabsmænd vil prøve lignende metoder til at lokke nye lægemidler ud.



Tidligere sekventeringsforskning tyder på, at nogle stammer har den genetiske evne til at producere 20 til 30 forskellige antibiotika, men når de dyrkes alene under behagelige laboratorieforhold, producerer de kun to eller tre. Hvor er de andre 90 procent? spørger Fischbach. Jeg tror, ​​at [Kurosawas] tilgang er den rigtige måde at udforske dette på.

Det er endnu ikke klart, om det ombyttede stykke DNA indeholder gener for selve antibiotikummet, eller om det udløser en reguleringsmekanisme, der advarer Rhodococcus af indtrængende bakterier, der aktiverer en iboende, men ofte tavs mekanisme til at lave toksiner. Indtil videre har forskerne kun sekventeret halvdelen af ​​DNA-insertet; de forventer at sekvensere den anden halvdel snart.

skjule