Forskere beskriver strukturer, mekanismer, der gør det muligt for bakterier at modstå antibiotika

To nye opdagelser fra Edward Yus laboratorium ved Iowa State University tilføjer til den videnskabelige forståelse af, hvordan bakterier modstår antibiotika.

Yu og hans forskergruppe har netop beskrevet to strukturer og mekanismer - effluxpumper og forstærkede cellevægge - som visse sygdomsfremkaldende bakterier bruger til at holde antibiotika væk. Denne forståelse kan en dag føre til nye behandlinger, der deaktiverer strukturerne og genopretter lægemidlets effektivitet.

"Vi studerer mange efflux -pumper for at forstå antibiotikaresistens, "sagde Yu, en professor i Iowa State med ansættelser i fysik og astronomi; kemi; biokemi, biofysik og molekylærbiologi; og U.S. Department of Energy's Ames Laboratory. "Ombygning af cellevægge er også en vigtig mekanisme til at arbejde mod antibakterielle lægemidler.

"Strukturen og mekanismen afhænger af de bakterier, du taler om - og bakterierne finder en vej."

To tidsskrifter har netop offentliggjort de seneste resultater af Yus forskningsgruppe:

1. Et papir udgivet online af Naturkommunikation beskriver, hvordan Campylobacter jejuni bakterie, som forårsager betændelse i fordøjelseskanalen (enterocolitis) og tilhørende diarré, bruger en udstrømningspumpe med tre molekyler til at ekstrudere antibakterielle lægemidler. Projektet er et samarbejde mellem Yu; Yeon-Kyun Shin, Iowa State's Roy J. Carver Professor i biokemi, Biofysik og molekylærbiologi; og Qijing Zhang, en associeret dekan i Iowa State og veterinærmedicin og Dr. Frank K. Ramsey begavet stol i veterinærforskning. Chih-Chia "Jack" Su, en associeret videnskabsmand fra Iowa State; Linxiang Yin, en kandidatstuderende i Iowa State; og Nitin Kumar, en doktorand i Iowa State; er første forfattere.

   Tidligere undersøgelser rapporterede, at pumpens tre molekyler arbejdede i en synkroniseret rotation - et molekyle fik adgang til, ét molekylbinding og ét molekyle ekstrudering - for at pumpe antibiotika fra cellen. Yus forskningsgruppe fandt ud af, at hver del af pumpen arbejdede uafhængigt af de andre, hovedsageligt at skabe tre pumper i en struktur.

   "De tre uafhængige pumper gør det til en mere kraftfuld effluxpumpe med flere lægemidler, "Sagde Yu.

2. Et papir udgivet online af Procedurer fra National Academy of Sciences Tidlig udgave beskriver, hvordan Burkholderia multivorans bakterie, som kan forårsage lungebetændelse hos mennesker med immundefekt eller lungesygdomme såsom cystisk fibrose, er i stand til at ombygge og styrke sin cellevæg, lukke døren til en række antimikrobielle lægemidler. Kumar og Su er første forfattere.

   Papiret fokuserer på, hvordan disse bakterier transporterer hopanoid lipidforbindelser til deres ydre cellemembraner. Forbindelserne bidrager til membranstabilitet og stivhed.

"Samlet set tyder vores data på en ny mekanisme til hopanoid transport involveret i ombygning af cellevægge, hvilket er afgørende for at formidle multilægemiddelresistens i Burkholderia , "skrev forfatterne i et projektsammendrag.

Tilskud fra National Institutes of Health støttede begge undersøgelser. Tilskud fra det amerikanske energiministerium understøttede også ultra-lyse, høj-energi røntgenforsøg ved Advanced Photon Source ved Argonne National Laboratory i Illinois.

Yu og hans forskningsgruppe har en lang historie med succes med at bruge røntgenkrystallografi til at beskrive og forstå strukturen af ​​pumper, transportører og regulatorer i bakterier. Et galleri på hans forskningsgruppes websted viser bånddiagrammer over 21 forskellige strukturer.

På grund af Yus betydelige bidrag til forståelsen af ​​antimikrobiel resistens hos bakterier, American Academy of Microbiology valgte ham til at være akademikammerat tidligere på året.

Med den omfattende forståelse af strukturer og mekanismer bag bakteriel resistens over for antibiotika, Yu sagde, at hans forskningsgruppe begynder at se på, hvordan pumper og transportører kan slukkes.

"Vi forsøger at finde en inhibitorforbindelse, "Sagde Yu." Vi overvejer at lave lidt mere translationel videnskab. Vi har en masse rig information om strukturen og funktionen af ​​disse pumper. Hvorfor ikke bruge det? "