Forskerhold udvikler polymerer, der kan dræbe bakterier

Antibiotika-resistente bakterier er blevet en hastigt voksende trussel mod folkesundheden. Hvert år tegner de sig for mere end 2,8 millioner infektioner, ifølge U.S. Centers for Disease Control and Prevention. Uden nye antibiotika rummer selv almindelige skader og infektioner potentialet til at blive dødelige.

Forskere er nu et skridt tættere på at eliminere denne trussel, takket være et Texas A&M University-ledet samarbejde, der har udviklet en ny familie af polymerer, der er i stand til at dræbe bakterier uden at inducere antibiotikaresistens ved at forstyrre membranen af ​​disse mikroorganismer.

"De nye polymerer, vi syntetiserede, kan hjælpe med at bekæmpe antibiotikaresistens i fremtiden ved at levere antibakterielle molekyler, der virker gennem en mekanisme, som bakterier ikke ser ud til at udvikle resistens over for," siger Dr. Quentin Michaudel, en adjunkt ved Institut for Kemi og leder. efterforsker i forskningen, offentliggjort 11. december i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Ved at arbejde på grænsefladen mellem organisk kemi og polymervidenskab var Michaudel Laboratory i stand til at syntetisere den nye polymer ved omhyggeligt at designe et positivt ladet molekyle, der kan sys mange gange for at danne et stort molekyle lavet af det samme gentagne ladede motiv ved hjælp af et nøje udvalgt katalysator kaldet AquaMet.

Ifølge Michaudel viser den katalysator sig at være nøglen, da den skal tåle en høj koncentration af ladninger og også være vandopløselig - en egenskab, han beskriver som ualmindelig for denne type proces.

Efter at have opnået succes satte Michaudel Lab sine polymerer på prøve mod to hovedtyper af antibiotika-resistente bakterier - E. coli og Staphylococcus aureus (MRSA) - i samarbejde med Dr. Jessica Schiffmans gruppe ved University of Massachusetts Amherst. Mens de afventede disse resultater, testede forskerne også deres polymerers toksicitet mod menneskelige røde blodlegemer.

"Et almindeligt problem med antibakterielle polymerer er mangel på selektivitet mellem bakterier og menneskelige celler, når man målretter mod cellemembranen," forklarede Michaudel. "Nøglen er at finde en rigtig balance mellem effektivt at hæmme bakterievækst og dræbe flere typer celler vilkårligt."

Michaudel krediterer den tværfaglige karakter af videnskabelig innovation og generøsiteten hos dedikerede forskere på tværs af Texas A&M campus og land som faktorer i hans teams succes med at bestemme den perfekte katalysator for deres molekylesamling.

"Dette projekt var flere år undervejs og ville ikke have været muligt uden hjælp fra flere grupper, ud over vores UMass-samarbejdspartnere," sagde Michaudel.

"For eksempel var vi nødt til at sende nogle prøver til Letteri Lab ved University of Virginia for at bestemme længden af ​​vores polymerer, hvilket krævede brugen af ​​et instrument, som få laboratorier i landet har. Vi er også enormt taknemmelige for [biokemien] Ph.D.-kandidat] Nathan Williams og Dr. Jean-Philippe Pellois her hos Texas A&M, som leverede deres ekspertise i vores vurdering af toksicitet mod røde blodlegemer."

Michaudel siger, at holdet nu vil fokusere på at forbedre aktiviteten af ​​dets polymerer over for bakterier – specifikt deres selektivitet for bakterieceller versus humane celler – før de går videre til in vivo assays.

"Vi er i gang med at syntetisere en række analoger med det spændende mål for øje," sagde han.

Holdets papir indeholder Michaudel Lab-medlem og Texas A&M kemi Ph.D. uddannet Dr. Sarah Hancock som førsteforfatter. Andre nøglebidragydere fra Michaudel Lab er kemistuderende An Tran, postdoc dr. Arunava Maity og tidligere postdoc dr. Nattawut Yuntawattana, som nu er assisterende professor i materialevidenskab ved Kasetsart University i Thailand.

Flere oplysninger: Sarah N. Hancock et al., Ringåbnende metatesepolymerisation af N-methylpyridinium-fusionerede norbornener for at få adgang til antibakterielle kationiske hovedkædepolymerer, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2311396120

Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences

Leveret af Texas A&M University