Bakteriell kamp genererer nye antibiotika

Forskere ved MIT oppfordret bakterier til å produsere et nytt antibiotikum ved å sette dem mot en mikrobiell fiende. Den nylig oppdagede forbindelsen kan drepe H. pylori , bakterier knyttet til magesår. Tilnærmingen kan gi en ny måte å oppdage nye antibiotika på og kaste lys over hvordan og når bakterier tar ut disse giftige forbindelsene.

Bakteriekamp: Forskere har oppdaget et nytt antibiotikum, isolert fra bakterien Rhodococcus fascians. Når det dryppes på en papirskive (hvit) midt på en tallerken full av andre bakterier (oransje), dreper det nye antibiotikumet bakteriene.

Laboratoriet er et tamt sted hvis du er en bakterie: du trenger ikke å kjempe for en krystall av sukker, sier Philip Lessard, en molekylærbiolog ved MIT som samarbeidet om arbeidet. Så kanskje vi ikke ser dem spytte ut kjemiske krigføringsforbindelser slik de normalt ville gjort.



Antibakteriell resistens – når bakterier blir uovervinnelige for et bestemt medikament – ​​er i ferd med å bli en stor krise på amerikanske sykehus. I følge Centers for Disease Control and Prevention får omtrent to millioner amerikanere infeksjoner mens de er på sykehus hvert år, hvorav 90 000 er dødelige. Omtrent 70 prosent av disse infeksjonene er resistente mot minst én type antibiotika.

Forskere over hele verden leter etter måter å lage nye antibiotika på. Noen prosjekter involverer sammensmelting av eksisterende legemidler til potente nye molekyler, mens andre tilnærminger fokuserer på å designe nye legemidler som retter seg mot spesifikke mekanismer for mikrobiell resistens. Men nyere sekvenseringsstudier tyder på at bakterier har en uutnyttet brønn med nye antibiotika som de ikke produserer under normale laboratorieforhold, og dermed forblir skjult for forskere i flere tiår.

Forskere som jobber i Anthony Sinskey laboratoriet ved MIT sekvenserte genomet til en stamme av jordlevende bakterier kjent som Rhodococcus fascians . De ble overrasket over å finne at denne organismen, som ikke er kjent for sine antibiotikaproduserende krefter, inneholdt en rekke gener involvert i metabolismen av antibiotikalignende forbindelser. (I naturen produserer bakterier antibiotika som en overlevelsesmekanisme, for å rydde seg selv i en nisje i den overfylte mikrobielle verdenen.)

Samtidig som Rhodococcus virket genetisk i stand til å produsere forbindelsene, organismene gjorde det ikke i laboratoriet – det vil si at de ble dyrket sammen med en annen type bakterier, kalt Streptomyces , som er blant de mest produktive antibiotikaprodusentene i den mikrobielle verden. Mikrobiolog Kazuhiko Kurosawa og hans kolleger publiserte oppdagelsen sin forrige måned i Journal of American Chemical Society .

Den nye forbindelsen, kalt rhodostreptomycin, tilhører en klasse antibiotika kjent som aminoglykosider, som inkluderer neomycin, brukt i mange førstehjelpskremer, og streptomycin, et tuberkulosemedisin. Selv om det er uklart om stoffet vil være passende for klinisk bruk, viser tidlige tester at det kan drepe H. pylori , bakterier knyttet til magesår, og det kan overleve svært sure miljøer som i magen. Molekylet ser også ut til å inneholde en ny strukturell komponent, som kan gi et startpunkt for kjemikere som ønsker å designe nye medisiner. Dette åpner et nytt domene i det kjemiske mangfoldet, sier Lessard.

Forskere vet ennå ikke nøyaktig hvordan Rhodococcus stammen ervervet evnen til å lage dette nye giftstoffet. Bare én av en rekke kolber av Rhodococcus vokser med fienden Streptomyces produserte antibiotikaen. Kurosawa og kollegene hans oppdaget at den medikamentproduserende stammen inneholder en stor del av DNA fra den andre organismen. Mens tidligere forskning tyder på at DNA-bytting mellom bakterier er ganske vanlig - det antas å ligge til grunn for bakteriers evne til raskt å utvikle medikamentresistens - har utvekslingen vært vanskelig å observere på egen hånd. I dette tilfellet er prosessen tatt på fersk gjerning, og du kan se konsekvensene, sier Jon Clardy , en kjemiker ved Harvard Medical School, i Boston.

Arbeidet har vakt begeistring fra forskere som utvikler nye antibiotika fordi metoden kan gi en ny måte å avdekke de skjulte antibiotika-produserende evnene til forskjellige typer bakterier. Fremskritt innen sekvenseringsteknologi gjør det nå mulig å se hvordan mangfoldet av kjente antibiotika har kommet fra genbytte, sier Michael Fischbach, en mikrobiell genetiker ved Broad Institute, i Cambridge, MA. Fischbach fører tilsyn med et prosjekt for å sekvensere 16 stammer av Streptomyces , der forskere vil prøve lignende metoder for å lokke ut nye medisiner.

Tidligere sekvenseringsforskning tyder på at noen stammer har den genetiske evnen til å produsere 20 til 30 forskjellige antibiotika, men når de dyrkes på egen hånd under komfortable laboratorieforhold, produserer de bare to eller tre. Hvor er de andre 90 prosentene? spør Fischbach. Jeg tror [Kurosawas] tilnærming er den rette måten å utforske dette på.

Det er ennå ikke klart om det byttet DNA-stykke inneholder gener for selve antibiotikaen eller om det utløser en reguleringsmekanisme som advarer Rhodococcus av inntrengende bakterier, og aktiverer en iboende, men ofte stille mekanisme for å lage giftstoffer. Så langt har forskerne sekvensert bare halvparten av DNA-innskuddet; de forventer å sekvensere den andre halvdelen snart.

gjemme seg