Forudsigelse af udfaldet af våbenkapløbet mellem mennesker og bakterier

Gennem computersimuleringer, forskere kan forudsige, om bakterier kan stoppes med populære antibakterielle terapier eller ej - et gennembrud, som vil hjælpe med at udvælge og udvikle effektive behandlinger for bakterielle infektioner.

Stigende resistens over for antibiotika er en af ​​de alvorligste globale sundhedstrusler, vi står over for. Der er et presserende behov for at udvikle nye antibiotika, der er omkostningseffektive, da det anslås, at i 2050, 10 millioner liv om året vil være i fare for antibiotika-resistente infektioner. I et forsøg på at hjælpe med at tackle denne udfordring, forskere ved University of Bristol har udviklet computersimuleringer, som kan være nøglen til at komme videre i det igangværende 'våbenkapløb' med bakterier.

Forskere fokuserede på enzymer i bakterier, der kan splitte strukturen af ​​antibiotika af penicillin-typen, fører til modstand. For at genoprette effektiviteten af ​​disse antibiotika, 'resistensblokerende' molekyler er blevet udviklet til at blokere aktiviteten af ​​disse enzymer. Ved at behandle patienter med de rigtige kombinationer af antibiotika og resistensblokkere, læger er i stand til at få overtaget i kampen. Desværre, bakterier kan lave mange forskellige enzymer i stand til at ødelægge penicilliner, og tilgængelige modstandsblokkere virker kun mod nogle af disse.

Nye fund, udgivet i Biokemi , vise, at det nu er muligt at bruge computersimuleringer til at forudsige, om disse modstandsblokkere vil være effektive eller ej. Det er håbet, at denne information vil hjælpe videnskabsmænd med at udvikle forbedrede resistensblokkere, som kan genoprette virkningen af ​​populære antibiotika mod en bredere vifte af resistente bakterier.

Ved hjælp af en computersimuleringsteknik kaldet QM/MM (kvantemekanik/molekylærmekaniksimuleringer) var Bristol-forskerholdet i stand til at få et molekylært indblik i, hvordan resistensenzymer reagerer med resistensblokkere.

Forskere fokuserede specifikt på clavulansyre, et lægemiddel, der forhindrer ødelæggelse af almindelige penicillinlignende antibiotika. Clavulansyre bruges almindeligvis i kombination med antibiotikummet amoxicillin til behandling af øre, bihule- og urinvejsinfektioner (co-amoxiclav). Nogle sådanne bakterielle infektioner, imidlertid, bliver meget vanskeligere at behandle, fordi clavulansyre ikke virker effektivt mod de enzymer, de producerer.

QM/MM-simuleringerne undersøgte, hvordan clavulansyre interagerer med disse bakterielle enzymer og afslørede det vigtigste trin i at bestemme, om enzymet er effektivt blokeret. Et enzym, der ikke kan stoppes, frigiver et nedbrudt molekyle af clavulansyre og fortsætter med at nedbryde det antibiotikum, som det administreres med, resulterer i antibiotikaresistens. Hvis nedbrydningen af ​​clavulansyre tager lang tid, så bliver enzymet "tilstoppet" og er ude af stand til at nedbryde antibiotikaen, som derefter kan dræbe bakterien og rydde infektionen.

Dr. Marc van der Kamp, fra Bristol University's School of Biochemistry, sagde:

"Vi er spændte på at se, hvordan vores computersimuleringer i fremtiden kan bruges til at teste enzymer fra bakterier og forudsige, hvornår en resistensblokerende hæmmer vil være effektiv.

Vi håber, at dette vil identificere, hvordan vi bedre kan blokere sådanne bakterielle enzymer, så antibiotika kan bruges effektivt til behandling af lægemiddelresistente infektioner.

Vores simuleringer kan også være et værdifuldt værktøj til at hjælpe med at vælge, hvilke kombinationer af lægemidler der er bedst til behandling af et bestemt infektionsudbrud, giver os mulighed for at være bedre rustet i dette 'våbenkapløb' med bakterier."