Shape-Shifting Antibiotika - Eine neue Waffe gegen gegen Arzneimittel-resistente Supergene
Professor John E. Moses hat mithilfe der Klick-Chemie ein formveränderndes Antibiotikum entwickelt, das Vancomycin mit Bullvalen - einem Molekül mit über einer Million Konfigurationen - kombiniert, um ein wirksameres Medikament zu schaffen, gegen das Bakterien keine Resistenzen entwickeln, was möglicherweise eine Revolution im Kampf gegen resistente Infektionen darstellt.
Antibiotikaresistenz ist eine große öffentliche Gesundheitsbedrohung und rangiert in den Top 10 der Weltgesundheitsorganisation. Jedes Jahr werden allein in den Vereinigten Staaten fast drei Millionen Menschen von antibiotikaresistenten Bakterien und Pilzen infiziert, was zum Tod von rund 35.000 Personen führt. Antibiotika sind zwar unerlässlich zur Behandlung von Infektionen, jedoch hat der übermäßige Gebrauch zur Entwicklung von antibiotikaresistenten Bakterienstämmen geführt. Diese Infektionen stellen eine bedeutende Herausforderung bei der Behandlung dar.
Jetzt hat Professor John E. Moses von Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) eine neue Waffe gegen antibiotikaresistente Superbugs entwickelt - ein innovatives Antibiotikum, das die Fähigkeit besitzt, durch Umordnung seiner Atome die Form zu ändern.
Moses kam auf die Idee von formverändernden Antibiotika, als er Panzer bei militärischen Übungen beobachtete. Mit sich drehenden Türmen und beweglichen Bewegungen konnten die Panzer schnell auf mögliche Bedrohungen reagieren.
Einige Jahre später lernte Moses ein Molekül namens Bullvalen kennen. Bullvalen ist ein fluktuierendes Molekül, was bedeutet, dass sich seine Atome positionieren können. Dies verleiht ihm eine veränderliche Form mit über einer Million möglicher Konfigurationen - genau die Fluidität, die Moses suchte.
Die chemische Struktur des neuen Antibiotikums wurde von Moses entworfen und synthetisch in seinem Labor hergestellt. Dr. Thomas Fallon, Moses' Mitarbeiter an der University of Newcastle, Australien, stellte den formverändernden Bullvalen-Kern zur Verfügung. Moses sagt, dass ein Kommentator die Studie als "wahrscheinlich den 'coolsten' und komplexesten Derivat-Artikel von natürlichem Produkt, über den ich gestolpert bin" bezeichnete. Kredit: Moses Lab / Cold Spring Harbor Laboratory
Einige Bakterien, einschließlich MRSA, VRSA und VRE, haben eine Resistenz gegen ein wirksames Antibiotikum namens Vancomycin entwickelt, das zur Behandlung von allem von Hautinfektionen bis hin zu Meningitis verwendet wird. Moses dachte, er könnte die Bakterien bekämpfende Leistung des Medikaments verbessern, indem er es mit Bullvalen kombiniert.
Er wandte sich an die Klick-Chemie, eine schnell wirkende, hohe Ausbeute an chemischen Reaktionen, die Moleküle zuverlässig zusammenflicken. Dadurch werden die Reaktionen für den großflächigen Einsatz effizienter.
"Die Klick-Chemie ist großartig", sagt Moses, der diese revolutionäre Entwicklung unter dem zweifachen Nobelpreisträger K. Barry Sharpless studierte. "Sie gibt Ihnen Sicherheit und die beste Chance, komplexe Dinge herzustellen."
Unter Verwendung dieser Technik schufen Moses und seine Kollegen ein neues Antibiotikum mit zwei Vancomycin-"Sprengköpfen" und einem fluctuating Bullvalene-Zentrum.
Moses testete das neue Medikament in Zusammenarbeit mit Dr. Tatiana Soares da-Costa (Universität Adelaide). Die Forscher verabreichten das Medikament an mit VRE infizierte Wachsmottenlarven, die oft zur Testung von Antibiotika verwendet werden. Sie stellten fest, dass das formverändernde Antibiotikum die tödliche Infektion signifikant effektiver als Vancomycin reinigte. Zusätzlich entwickelten die Bakterien keine Resistenz gegen das neue Antibiotikum.
Wissenschaftler können mithilfe von formverändernden Antibiotika und Klick-Chemie eine Vielzahl neuer Medikamente entwickeln, erklärt Moses. Solche Waffen gegen Infektionen könnten sogar der Schlüssel zur Erhaltung und Evolution unserer Spezies sein.
"Wenn wir Moleküle erfinden können, die den Unterschied zwischen Leben und Tod ausmachen", sagt er, "wäre das das größte erreichte Ziel."