Afdækning af bakterielle cellevægshemmeligheder for at bekæmpe antibiotikaresistens

Cellevægge - de kappelignende strukturer, der omgiver alle kendte bakterier - kan vise sig at være bakteriers udryddelse, besidder nøglen til at udvikle nye lægemidler, der målretter det til destruktion.

Det perspektiv deles af mange i det medicinske og videnskabelige miljø, herunder Marcos Pires. Pires, en biokemiker ved Lehigh University, står i spidsen for en ny tilgang til at forstå bakterielle cellevægsændringer som reaktion på antibiotika, der kan være afgørende for nyt lægemiddeldesign - et presserende behov i lyset af den voksende trussel om antibiotikaresistens. Hans tilgang er så lovende, at den for nylig er blevet anerkendt af National Institutes of Health med en Maximizing Investigators' Research Award (MIRA).

Antibiotikaresistens opstår, når bakterieceller tilpasser sig for at undgå et lægemiddel, der er designet til at dræbe det. At foretage ændringer i cellevæggen er en måde, hvorpå bakterier opnår dette. Lidt vides, imidlertid, om, hvordan disse strukturer reagerer, når de er under angreb.

Med den 5-årige MIRA-bevilling på $1,94 millioner, Pires' gruppe vil dykke dybt ind i denne proces gennem en unik tilgang, der i det væsentlige narrer bakterier til at afsløre, hvor dens cellevæg er mest sårbar. Sådan viden kan hjælpe videnskabsmænd med at designe næste generations antibiotika, der omgår lægemiddelresistensmekanismer.

Det centrale i forskningen er en proces, som Pires og hans team udfører for at lette levende bakteriers absorption af syntetiske cellevægsfragmenter konstrueret i laboratoriet. Disse fragmenter er modificeret med reporterenheder, som derefter giver forskere mulighed for at observere, i levende bakterier, komponenter i cellevægsmaskineriet under forskellige forhold.

"Bakteriecellevægge er unikke i deres struktur og funktion og er essentielle for bakterieceller - hvilket gør dem til unikke mål for udviklingen af ​​antibiotika, sagde Pires, adjunkt ved Kemisk Institut. "Ved at 'narre' bakterier til at bruge nogle af vores cellevægsbyggesten, vi får et hidtil uset perspektiv på, hvordan de ændrer sig, når de udfordres med antibiotika."

MIRA er et program fra National Institute of General Medical Science (NIGMS), en afdeling af NIH, der yder støtte til grundforskning, der øger forståelsen af ​​biologiske processer og lægger grundlaget for fremskridt inden for sygdomsdiagnostik, behandling og forebyggelse. Ifølge NIGMS, Målet med MIRA er at øge effektiviteten af ​​NIGMS-finansiering ved at give efterforskere større stabilitet og fleksibilitet, derved øger den videnskabelige produktivitet og chancerne for vigtige gennembrud.

Identifikation af bakterielle cellevægsændringer, der forårsager antibiotikaresistens

Indsatsen for lægemiddeldesign gennembrud til behandling af lægemiddelresistente bakterier er høj. Hvert år i USA, mere end 2 millioner mennesker er ramt af resistente bakterielle infektioner. Anslået 23, 000 amerikanske liv - og 700, 000 liv verden over - går årligt tabt som følge af bakterielle infektioner, der er resistente over for nuværende antibiotikabehandlinger. Disse tal forventes kun at vokse.

Bakteriecellevægge er målet for nogle af de mest kraftfulde antibiotika, der er opdaget til dato. Antibiotika, der er målrettet mod cellevæg, omfatter nogle almindeligt ordinerede behandlinger såsom penicillin og amoxicillin. Lægemidler rettet mod bakteriers cellevægge er også blandt de sikreste, da menneskeceller ikke har cellevægge og dermed ikke påvirkes af behandlingen.

Ifølge Pires, individuelle komponenter i bakteriecellevægsmaskineriet er nøglen til bakteriers tilpasningsrespons og, derfor, til lægemiddelresistens. Et af hans teams mål er at identificere de cellevægskomponenter, som bakterier har brug for for at kunne tilpasse sig og undgå de lægemidler, der er designet til at ødelægge det.

"Hvis vi kan identificere disse 'svage punkter', sagde Pires, "vi burde være i stand til at finde måder at inaktivere eller omgå dem."