Rezistență marcată în lupta împotriva agenților patogeni Institutul Max Planck pentru chimie biofizică

Cercetătorii clarifică structura și funcția unui antibiotic endogen important

Antibioticele nu sunt disponibile numai pe bază de rețetă. De asemenea, propriul nostru corp produce substanțe eficiente pentru a ține sub control bacteriile, ciupercile și virusurile. O echipă internațională de cercetători din Göttingen, Tübingen, Edinburgh și Strasbourg a clarificat acum structura unui important antibiotic endogen numit dermcidină, atom cu atom. Oamenii de știință au descoperit că este o armă extrem de eficientă în lupta împotriva agenților patogeni ai tuberculozei și a altor atacatori periculoși. Descoperirile lor ar putea ajuta la dezvoltarea de noi antibiotice care pot combate cu succes bacteriile multi-rezistente.
(Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 20 februarie 2013)

Când izbucnim în sudoare, există un lucru bun. Distribuie pe piele antibiotice extrem de eficiente care ne protejează de agenți patogeni. Dacă pielea noastră este rănită prin zgârieturi, tăieturi sau mușcături de țânțari, ingrediente active precum dermcidina produsă în glandele sudoripare ucid invadatorii periculoși rapid și eficient. Astfel de așa-numite peptide antimicrobiene (AMP) sunt chiar mult superioare antibioticelor obișnuite într-un aspect important. Agenții patogeni nu pot deveni rezistenți la ei într-o perioadă scurtă de timp. AMP-urile previn în mod eficient dezvoltarea rezistenței, vizând în mod specific călcâiul lui Ahile al atacatorului patogen: își perforează membrana învelișului vital și acestea nu pot schimba cu ușurință agentul patogen. Prin urmare, AMP-urile dețin un mare potențial pentru o nouă generație de antibiotice.

1700 AMP endogene cunoscute

Dar, pentru a adapta astfel de ingrediente active, trebuie mai întâi să înțelegem în detaliu modul în care propriile antibiotice ale organismului înving cu succes agenții patogeni. Deși până acum au fost descoperite 1.700 de astfel de peptide, știm foarte puțin despre forma și funcția lor ”, subliniază Bert de Groot, șeful grupului de cercetare„ Computational Biomolecular Dynamics ”din cadrul Institutului Max Planck pentru Chimie Biofizică din Göttingen. Împreună cu colegii din Edinburgh (Marea Britanie), Tübingen, Strasbourg (Franța) și Göttingen, el a clarificat acum pentru prima dată în detaliu atomic ce face din dermcidină o adevărată armă miraculoasă în lupta împotriva agenților patogeni periculoși.

Oamenii de știință știu de multă vreme că dermcidina este împărțită în sudoare acid-sărată și astfel activată. Peptida dermcidin activă, stabilizată de ionii de zinc care se găsesc în transpirație, formează apoi canale minuscule prin membrana de acoperire a agentului patogen și o perfora practic. Ca urmare, apa și ionii curg într-un mod necontrolat prin membrana plicului. Echilibrul apei și procesele de transport ale microorganismelor scapă de sub control, ele încet încet.

Dermcidin atacă călcâiul lui Ahile al atacatorului

Prin utilizarea combinată a cristalografiei cu raze X și a spectroscopiei RMN în stare solidă, cercetătorii conduși de Kornelius Zeth la Institutul Max Planck pentru Biologie al Dezvoltării din Tübingen și Burkhard Bechinger de la Universitatea din Strasbourg au putut acum să explice, atom cu atom, modul în care este structurat acest canal. După cum au aflat, este extrem de lung, permeabil și adaptabil. Astfel formează o clasă complet nouă de proteine de membrană.

Dermcidina activă este o proteină canal cu permeabilitate și adaptabilitate ionică excepțional de ridicate. Aceste proprietăți îl fac un antibiotic puternic cu spectru larg.

Cu ajutorul unor simulări complexe pe computer, echipa lui Bert de Groot a urmărit dermcidina activă „la locul de muncă”, ca să spunem așa. Spre surprinderea cercetătorilor de la Göttingen, ionii au traversat canalul într-un mod foarte neobișnuit. Chimistul Ulrich Zachariae explică: „În simulările noastre puteți vedea foarte clar că canalul este strâmb în membrană. Ca urmare, ionii folosesc și „intrarea laterală”. În acest fel, mai mulți ioni pot traversa canalul în același timp. ”Simulările oferă astfel o explicație pentru permeabilitatea ionică ridicată a canalului, pe care Claudia Steinem de la Universitatea din Göttingen a reușit să o măsoare în experimente electrofiziologice. Rezultatele lui Steinem arată, de asemenea: Fără ioni de zinc, arma minune eșuează. Canalele funcționale se formează numai în învelișul membranei numai atunci când ionii de zinc și dermcidina interacționează. Dacă oamenii de știință au împiedicat această interacțiune prin mutarea unui anumit bloc de construcție în dermcidină (așa-numitul reziduu de aminoacid histidinic), nu s-a format niciun canal permeabil la ioni.

Potențial pentru o nouă clasă de antibiotice

Dermcidina se poate adapta, de asemenea, la diferite tipuri de membrane într-un mod extrem de schimbabil. „Acest lucru ar putea explica de ce dermcidina activă este un antibiotic atât de eficient cu spectru larg și poate lupta împotriva bacteriilor și a ciupercilor deopotrivă. Funcționează împotriva multor agenți patogeni cunoscuți, cum ar fi agentul patogen al tuberculozei Mycobacterium tuberculosis sau Staphylococcus aureus“, Explică de Groot. În special tulpini multirezistente de Staphylococcus aureus devin o amenințare tot mai mare în spitale. Acestea sunt insensibile la antibiotice obișnuite și, prin urmare, sunt dificil de tratat. Potrivit Institutului Robert Koch, în 1976 doar două procente erau Stafilococ-Bacterii rezistente la antibiotice. Până în 2009, proporția a crescut la puțin sub 22%. Infecțiile cu acest agent patogen pot duce la boli care pun viața în pericol, cum ar fi otrăvirea sângelui și pneumonia. Echipa internațională de cercetare speră că descoperirile lor vor duce la dezvoltarea unei noi clase de antibiotice care poate combate cu succes astfel de agenți patogeni periculoși. (cr)