Nanobiotiska livräddare

Nanorör som konstruerar sig själva av peptidringar kan erbjuda ett effektivt nytt vapen mot antibiotikaresistenta bakterier och hotet om obotliga sjukdomar.

Som en molekylär munk sjunker en 2,5 nanometer ring av anpassade aminosyror in i cellväggen på en Staphylococcus aureus bakterie, en av de antibiotikaresistenta stammar som är ansvariga för livshotande sjukhusinfektioner.

Miljontals fler av dessa klibbiga, munkformade cykliska peptider - var och en en slingad kedja av aminosyror - går in i bakteriens gelatinösa cellvägg. De dras kemiskt mot varandra och sätts ihop till långsträckta rör, som staplar av små däck inbäddade i cellmembranet.

Enstaka peptidrör genomborrar sedan membranet. Grupper av intilliggande rör samverkar för att öppna ännu större, gapande porer i cellväggen. Inom några minuter dödar många hål bakterien genom att störa den elektriska potentialen i dess membran, vilket effektivt stänger av cellens inre maskineri.

Dödliga injektorer

Utvecklade av ett team ledd av M. Reza Ghadiri vid La Jolla-CA-baserade Scripps Research Institute, kan dessa nanobiotiska livräddare döda även de mest läkemedelsresistenta bakterierna samtidigt som de skonar djurceller.

Världshälsoorganisationen uppskattar att den totala kostnaden för att behandla alla sjukhusburna antibiotikaresistenta bakterieinfektioner är cirka 10 miljarder dollar per år.

Medan mänskliga försök är två till tre år bort, har gruppen testat sina syntetiska, självmonterande peptidnanorör på möss, vilket eliminerar dödliga infektioner av meticillinresistenta Staphylococcus aureus. Peptiderna visar också lovande vid behandling av en mängd olika dödliga bakteriestammar, inklusive Escherichia coli, pseudomonas aeruginosa och Enterococcus faecalis. De kan så småningom visa sig effektiva mot svamp- och parasitinfektioner.

Ghadiris peptidringar, sammansatta av ett nytt alternerande mönster av naturligt förekommande och syntetiska aminosyror, har aminosyrasidokedjor som är vända utåt från munken och reagerar på miljön.

Dessa sensormolekyler kan snabbt omkonfigureras i labbet för att justera hur peptiderna fungerar. Vi kan producera 100 000 varianter på cirka två veckor, säger Ghadiri. Den flexibiliteten bör i slutändan låta läkemedelstillverkare välja vilka bakterier de riktar sig till, kontrollera hur peptiderna sätter sig in i membranet och självmonterar och minimera toxiciteten för djurceller i den infekterade värden.

Dr. Tomas Ganz, en experimentell patolog vid UCLA medicinska skola, säger att arbetet i Ghadiris grupp representerar en potentiell ny klass av molekylärt smarta vapen. Han varnar dock för att dessa substanser ännu inte är mediciner. De måste vara ekonomiska att producera och visa sig effektiva och giftfria hos människor, säger han.

Längre hållbarhet

Hastigheten som de arbetar med och peptidernas nya struktur borde göra det svårare för bakterier att utveckla resistens, säger Ghadiri och banar väg för en ny klass av läkemedel med längre hållbarhet. Men, varnar han, ingen ska någonsin underskatta bakteriernas anpassningsförmåga.

Cykliska peptider har undersökts i åratal. Många naturliga peptider försvarar sig mot mikrober i djur och växter. Andra läkemedel baserade på cykliska peptider, såsom Bacitracin, används ofta som topikala antibiotika.

Scripps-forskare staplade först cykliska peptider i nanorör 1992. Till en början hoppades de kunna skapa provrör i nanoskala för biokemisk forskning. Men när de märkte rörens membranaktivitet 1994, fokuserade de snabbt sin upptäckt på behandlingen av multiresistenta bakterier.

Som ett resultat av detta känner Ghadiri turen att vårt arbete på en relativt kort tid kan leda till något användbart för miljontals människor.

Dölj