211service.com
Bakteriell kamp genererar nya antibiotika
Forskare vid MIT uppmuntrade bakterier att producera ett nytt antibiotikum genom att ställa dem mot en mikrobiell fiende. Den nyupptäckta föreningen kan döda H. pylori , bakterier kopplade till magsår. Tillvägagångssättet kan ge ett nytt sätt att upptäcka nya antibiotika och belysa hur och när bakterier tar ut dessa giftiga föreningar.
Bakteriell kamp: Forskare har upptäckt ett nytt antibiotikum, isolerat från bakterien Rhodococcus fascians. När det droppas på en pappersskiva (vit) i mitten av en tallrik full med andra bakterier (orange), dödar den nya antibiotikan bakterierna.
Labbet är en tam plats om du är en bakterie: du behöver inte kämpa för en kristall av socker, säger Philip Lessard, en molekylärbiolog vid MIT som samarbetade i arbetet. Så vi kanske inte ser dem spotta ut kemiska krigföringsföreningar som de brukar.
Antibakteriell resistens – när bakterier blir oövervinnliga för ett visst läkemedel – håller på att bli en stor kris på amerikanska sjukhus. Enligt Centers for Disease Control and Prevention får cirka två miljoner amerikaner infektioner när de är på sjukhus varje år, varav 90 000 är dödliga. Cirka 70 procent av dessa infektioner är resistenta mot minst en typ av antibiotika.
Forskare över hela världen letar efter sätt att tillverka nya antibiotika. Vissa projekt involverar sammanslagning av befintliga läkemedel till potenta nya molekyler, medan andra tillvägagångssätt fokuserar på att designa nya läkemedel som riktar sig mot specifika mekanismer för mikrobiell resistens. Men nyligen genomförda sekvenseringsstudier tyder på att bakterier har en outnyttjad brunn av nya antibiotika som de inte producerar under normala labbförhållanden, och därmed förblir dolda för forskare i årtionden.
Forskare som arbetar i Anthony Sinskey laboratoriet vid MIT sekvenserade genomet av en stam av jordlevande bakterier känd som Rhodococcus fascians . De blev förvånade över att finna att denna organism, som inte är känd för sina antibiotikaproducerande krafter, innehöll ett antal gener involverade i metabolismen av antibiotikaliknande föreningar. (I det vilda producerar bakterier antibiotika som en överlevnadsmekanism, för att rensa sig en nisch i den myllrande mikrobiella världen.)
Medan Rhodococcus verkade genetiskt kapabla att producera föreningarna, organismerna gjorde det inte i labbet – förrän de odlades tillsammans med en annan typ av bakterier, kallad Streptomyces , som är bland de mest produktiva antibiotikatillverkarna i den mikrobiella världen. Mikrobiolog Kazuhiko Kurosawa och hans kollegor publicerade sin upptäckt förra månaden i Journal of the American Chemical Society .
Den nya föreningen, kallad rhodostreptomycin, tillhör en klass av antibiotika som kallas aminoglykosider, som inkluderar neomycin, som används i många första hjälpen-krämer, och streptomycin, ett tuberkulosläkemedel. Även om det är oklart om läkemedlet skulle vara lämpligt för klinisk användning, visar tidiga tester att det kan döda H. pylori , bakterier kopplade till magsår, och det kan överleva mycket sura miljöer som magsäcken. Molekylen tycks också innehålla en ny strukturell komponent, som kan ge en startpunkt för kemister som vill designa nya läkemedel. Detta öppnar en ny domän i den kemiska mångfalden, säger Lessard.
Forskare vet ännu inte exakt hur Rhodococcus stam förvärvade förmågan att göra detta nya toxin. Endast en av ett antal flaskor av Rhodococcus växer med fienden Streptomyces producerade antibiotikan. Kurosawa och hans kollegor upptäckte att den drogproducerande stammen innehåller en stor del av DNA från den andra organismen. Medan tidigare forskning tyder på att DNA-byte mellan bakterier är ganska vanligt - det tros ligga bakom bakteriers förmåga att snabbt utveckla läkemedelsresistens - har utbytet varit svårt att observera på egen hand. I det här fallet är processen fången på bar gärning, och man kan se konsekvenserna, säger Jon Clardy , en kemist vid Harvard Medical School, i Boston.
Arbetet har väckt spänning hos forskare som utvecklar nya antibiotika eftersom metoden kan ge ett nytt sätt att avslöja de dolda antibiotikaproducerande förmågorna hos olika typer av bakterier. Framsteg inom sekvenseringsteknologi gör det nu möjligt att se hur mångfalden av kända antibiotika har kommit från genbyte, säger Michael Fischbach, en mikrobiell genetiker vid Broad Institute, i Cambridge, MA. Fischbach övervakar ett projekt för att sekvensera 16 stammar av Streptomyces , där forskare kommer att prova liknande metoder för att locka fram nya läkemedel.
Tidigare sekvenseringsforskning tyder på att vissa stammar har den genetiska förmågan att producera 20 till 30 olika antibiotika, men när de odlas på egen hand under bekväma labbförhållanden producerar de bara två eller tre. Var är de andra 90 procenten? frågar Fischbach. Jag tror att [Kurosawas] tillvägagångssätt är det rätta sättet att utforska detta.
Det är ännu inte klart om den utbytta biten av DNA innehåller gener för själva antibiotikan eller om det utlöser en regleringsmekanism som varnar Rhodococcus av inkräktande bakterier, aktiverar en inneboende men ofta tyst mekanism för att göra toxiner. Hittills har forskarna bara sekvenserat hälften av DNA-insättningen; de förväntar sig att sekvensera den andra halvan snart.