Albicidina vizată de bacteriile Klebsiella pneumoniae
Bacteriile rezistente la Klebsiella pneumoniae pot captura și inactiva antibioticul albicidin cu ajutorul proteinei AlbA.
Antibioticele convenționale își pierd din ce în ce mai mult eficacitatea împotriva germenilor multi-rezistenți din ce în ce mai comuni. Multe bacterii au mecanisme dobândite în mod natural care le protejează de substanțele dăunătoare. Acest lucru se aplică și ingredientului activ albicidină: bacteriile gram-negative periculoase au o proteină care leagă albicidina și, astfel, o inactivează.
Oamenii de știință de la Centrul Helmholtz pentru Cercetarea Infecțiilor (HZI) și Institutul Helmholtz pentru Cercetări Farmaceutice din Saarland (HIPS) au investigat acum acest mecanism de rezistență cu rezoluție atomică. Au descoperit că proteina nu numai că leagă substanța activă, ci și o modifică chimic. În același timp, își mărește propria producție, astfel încât albicidina să devină inofensivă și mai eficient. Oamenii de știință și-au publicat rezultatele în Journal of the American Chemical Society.
Molecula de proteină AlbA se leagă de antibioticul albicidină și protejează bacteriile de efectele sale
Bacteriile patogene au dezvoltat diferite mecanisme pentru a se proteja împotriva antibioticelor. Unii pur și simplu elimină substanțele care sunt toxice pentru ei, alții își schimbă peretele celular, astfel încât antibioticele să nu le pătrundă nici măcar. Unii germeni schimbă structura țintă atacată de antibiotice - sau pur și simplu antibioticul direct. Bacteriile din genul Klebsiella, de exemplu, folosesc un alt truc: au o moleculă proteică numită AlbA care se leagă de antibioticul albicidină și protejează astfel agenții patogeni de efectele sale. Oamenii de știință de la Helmholtz Center for Infection Research (HZI), Helmholtz Institute for Pharmaceutical Research Saarland (HIPS) - o instituție a HZI în cooperare cu Universitatea din Saarland (UdS) - și Centrul german de cercetare a infecțiilor (DZIF) au mecanismul de apărare subiacent. ) examinat.
Klebsiella pneumoniae este unul dintre cei mai comuni agenți patogeni care provoacă sepsis bacterian și pneumonie dobândită în spital. În plus, poate provoca, de exemplu, și infecții ale tractului urinar. Klebsiella sunt bacterii gram-negative care sunt dificil de tratat și adesea dezvoltă rezistență la mai multe antibiotice. Oamenii de știință de la HZI au descoperit deja o nouă clasă extrem de eficientă de ingrediente active împotriva germenilor gram-negativi: cistobactamidele. „Această clasă de substanțe este similară cu albicidina, la care multe tulpini Klebsiella prezintă deja rezistență”, spune profesorul junior Jesko Köhnke, care conduce grupul de cercetare junior „Biologia structurală a enzimelor biosintetice” la HIPS. Am vrut sa stim daca proteina AlbA este, de asemenea, eficace impotriva cistobactamidelor, asa ca am analizat mecanismul de rezistenta la albicidina la nivel molecular.
AlbA modifică chiar chimic albicidina legată
În acest scop, o echipă interdisciplinară de oameni de știință s-a reunit în jurul lui Jesko Köhnke, în care departamentul prof. Mark Brönstrup a realizat sinteza, grupul de lucru al prof. Olga Kalinina a efectuat bioinformatica, iar departamentul prof. Rolf Müller a efectuat teste de activitate și profiluri de expresie genică. În primul rând, structura tridimensională a proteinei AlbA cu albicidina legată a fost descifrată prin intermediul unei analize a structurii cu raze X. Oamenii de știință au observat că, în cursul evoluției, un mic buzunar de legare pentru antibiotic a devenit un tunel lung în care albicidina poate fi plasată cu precizie.
Analiza structurală a oferit, de asemenea, un alt rezultat uimitor: albicidina legată a fost modificată chimic. Inițial am presupus că AlbA absoarbe pur și simplu albicidina - precum un burete absoarbe apa - și astfel o îndepărtează temporar. Dar acum am aflat că modifică chiar și albicidina ”, spune Köhnke. Alte experimente au arătat că albicidina modificată are o activitate mai slabă, adică este mai puțin dăunătoare pentru bacterii.
AlbA leagă cistobactamida mult mai slab
Oamenii de știință au descoperit că, pe lângă site-ul de legare a antibioticului, AlbA are și unul pentru ADN. Cu această secțiune, se poate lega de materialul genetic al celulei bacteriene - exact acolo unde este controlată producția de AlbA. În experimentele de laborator cu Klebsiella pneumoniae, echipa lui Jesko Köhnke a reușit să demonstreze că atunci când a fost administrată albicidina, gena cu planul pentru AlbA a fost citită de 3000 de ori mai des după patru ore decât fără antibiotice. „Mecanismul Klebsiella împotriva albicidinei este extrem de eficient: dacă intrați în contact cu acesta, capturați primele molecule de ingredient activ cu proteina lor AlbA. În același timp, produc din ce în ce mai mult AlbA. De asemenea, am arătat că aceste mecanisme nu sunt încă suficiente pentru rezistență, pe care acum vrem să le investigăm mai îndeaproape ”, spune Köhnke.
Experimentele comparative au arătat că ingredientul activ înrudit, cistobactamida, este mult mai puțin puternic legat de AlbA. În plus, cistobactamida nu promovează producția de AlbA, astfel încât Klebsiella nu a reușit încă să obțină rezistență la cistobactamidă cu acest mecanism. „Cu toate acestea, bacteriile sunt rezistente la cistobactamidă. De aceea, am dori să clarificăm mecanismele cât mai precis posibil, astfel încât să putem dezvolta apoi ingrediente active care ocolesc rezistența ", spune Köhnke.
Asfandyar Sikandar, Katarina Cirnski, Giambattista Testolin, Carsten Volz, Mark Brönstrup, Olga V. Kalinina, Rolf Müller și Jesko Koehnke. Adaptarea unui sistem bacterian de rezistență la mai multe medicamente dezvăluit de structura și funcția AlbA. J. Am. Chem. Soc. 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b08895