Gennembrud af kemisk syntese lover fremtiden for antibiotika

University of Colorado Boulder kemiforskere har udviklet en ny måde at syntetisere og optimere en naturligt forekommende antibiotisk forbindelse, der en dag kan bruges til at bekæmpe dødelige lægemiddelresistente infektioner såsom Staphylococcus aureus, almindeligvis kendt som MRSA.

Antibiotika-resistente infektioner rammer over 2 millioner mennesker årligt og resulterer i over 23, 000 dødsfald i USA hvert år, ifølge Centers for Disease Control and Prevention (CDC). En undersøgelse fra 2018 foretaget af CDC's europæiske modpart viste, at lægemiddelresistente superbugs var ansvarlige for 33, 000 dødsfald i hele Europa i 2015.

Forskere har tidligere identificeret thiopeptider, en naturligt forekommende antibiotisk forbindelse, som en lovende studievej. Thiopeptider har vist en vis effektivitet mod MRSA og visse andre bakteriearter i begrænsede forsøg, men deres strukturelle mangfoldighed gør det vanskeligt at syntetisere molekylerne i en skala, der er stor nok til terapeutisk brug.

For at gøre bedre brug af thiopeptider, CU Boulder-forskere gik tilbage til det grundlæggende og genundersøgte tidligere antagelser om de grundlæggende kemiske egenskaber af disse molekyler.

"Vi reevaluerede de strukturelle fællestræk af disse thiopeptider i lyset af nuværende superbugs, fordi ingen havde set på dem og analyseret dem i moderne sammenhæng, " sagde Maciej Walczak, hovedforfatter af den nye forskning og en adjunkt i CU Boulders afdeling for kemi.

Forskerne opfandt en ny katalysator til at drive reaktioner, der letter syntesen af ​​thiopeptiderne og danner det essentielle stillads, der er nødvendigt for at begrænse bakterievæksten. Deres indsats resulterede i to nye bredt repræsentative antibiotika:micrococcin P1 og thiocillin I. Forbindelserne er effektive, skalerbar og producerer ingen skadelige biprodukter.

"Resultaterne oversteg vores forventninger, " sagde Walczak. "Det er en meget ren reaktion. Det eneste affald, der produceres, er vand, og det faktum, at dette er en meget grøn metode, kan være vigtigt fremadrettet, efterhånden som teknologien skaleres op."

Studiet, som blev finansieret af National Science Foundation og medforfatter af CU Boulder postdoc-forsker Siddhartha Akasapu og kandidatstuderende Aaron Hinds og Wyatt Powell, blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Kemisk Videnskab .

Den nye kemiske syntesemetodologi er kun et udgangspunkt, sagde Walczak. Han og hans kolleger planlægger at bruge deres resultater som en platform til at udvælge og rationere dele af thiopeptidmolekylerne for at optimere deres egenskaber og anvende dem bredt til andre bakterieklasser.

De antibiotiske forbindelser skal gennemføre kliniske forsøg, før de kan godkendes til human brug, en proces, der kan tage mange år. Stadig, behovet for videnskabelig innovation inden for antibiotikaresistente superbugs er større end nogensinde, sagde Walczak.

"Multilægemiddelresistens er et vigtigt globalt sundhedsproblem, og det vil det blive endnu mere i de kommende år, " han sagde.