02.06.2021 - University of Texas at Austin

Der Kampf gegen antibiotikaresistente Bakterien hat eine leuchtende neue Waffe

Eine neue chemische Sonde signalisiert das Risiko einer Antibiotikaresistenz

Im ewigen Wettrüsten zwischen Bakterien und vom Menschen hergestellten Antibiotika gibt es ein neues Werkzeug, das der Humanmedizin einen Vorteil verschaffen könnte, indem es bakterielle Schwächen aufdeckt und möglicherweise zu gezielteren oder neuen Behandlungen für bakterielle Infektionen führt.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Wissenschaftlern der University of Texas in Austin hat chemische Sonden entwickelt, um ein Enzym zu identifizieren, das von einigen Arten von E. coli und Pneumokokken-Bakterien produziert wird und dafür bekannt ist, mehrere gängige Arten von Antibiotika abzubauen, was diese Bakterien gefährlich resistent gegen die Behandlung macht.

"Als Reaktion auf eine Antibiotika-Behandlung haben Bakterien verschiedene Mechanismen entwickelt, um dieser Behandlung zu widerstehen, und einer davon ist die Herstellung von Enzymen, die im Grunde die Antibiotika zerkauen, bevor sie ihre Arbeit tun können", sagte Emily Que, Assistenzprofessorin für Chemie und eine der führenden Forscherinnen des Teams. "Die Art von Werkzeug, die wir entwickelt haben, gibt uns wichtige Informationen, die uns einen Schritt vor tödlichen Bakterien halten könnten."

In einer Arbeit, die online im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht wurde, konzentrierten sich die Forscher auf die Bedrohung durch das bakterielle Enzym namens New Delhi metallo-beta-lactamase (NDM). Sie machten sich daran, ein Molekül zu entwickeln, das leuchtet, wenn es mit dem NDM-Enzym in Kontakt kommt. Wenn diese chemischen Sonden in ein Reagenzglas gegeben werden, binden sie an das Enzym und leuchten. Ein solches Werkzeug könnte Ärzten anzeigen, welche Art von bakterieller Bedrohung ihre Patienten befällt, und ihnen sagen, welche Antibiotika sie einsetzen sollten.

NDM baut Antibiotika der Penicillin-, Cephalosporin- und Carbapenem-Klassen ab, die zu den sichersten und effektivsten Behandlungsmethoden für bakterielle Infektionen gehören. Es gibt auch andere Antibiotikaklassen, die jedoch mehr Nebenwirkungen und Wechselwirkungen mit sich bringen können und in manchen Teilen der Welt weniger verfügbar sind.

Die von Que und Walt Fast, einem Professor für Chemische Biologie und Medizinische Chemie, entwickelte floreszierende chemische Sonde zeigt nicht nur das Vorhandensein des NDM-Enzyms an, sondern könnte auch helfen, einen anderen Weg zur Bekämpfung dieser resistenten Bakterien zu finden. Eine Behandlungsmöglichkeit, die Ärzte bei resistenten Bakterien anwenden, ist die Kombination von gängigen Antibiotika und einem Hemmstoff. Obwohl es keinen klinisch wirksamen Inhibitor für NDM-produzierende Bakterien gibt, könnte Que's Sonde helfen, einen zu finden.

Sobald die Sonde an das Enzym gebunden hat und zu leuchten beginnt, wird ein wirksamer Inhibitor eingeführt, der die Sonde ablöst und das Leuchten würde aufhören. Auf diese Weise können die Wissenschaftler sehr schnell eine große Anzahl potenzieller Medikamente testen - eine Forschung, die Que und Fast in der Zukunft fortsetzen möchten.

"Das erlaubt uns, auf die Entwicklung von Therapien hinzuarbeiten und schließlich die evolutionären Eigenschaften solcher Proteine zu verstehen", sagt Radhika Mehta, eine kürzlich an der UT Austin promovierte Wissenschaftlerin und Hauptautorin der Arbeit. Mehta ist derzeit Postdoktorandin im Merchant Lab an der University of California, Berkeley.

Die Studie untersuchte auch einen Prozess, der als ernährungsbedingte Immunität bezeichnet wird und auf der Produktion von Proteinen durch den menschlichen Körper als Reaktion auf eine Infektion beruht. Die Proteine schnappen sich alle verfügbaren Metalle im Körper, wie z. B. das Zink, das zur Herstellung von NDM benötigt wird, und machen die Bakterien anfälliger für Angriffe.

"Die Entwicklung dieses Bakteriums seit seiner Entdeckung im Jahr 2008 zeigt, dass es nicht nur eine Antibiotikaresistenz entwickelt, sondern auch versucht, diesen natürlichen menschlichen Immunprozess zu bekämpfen. Das ist besonders beängstigend", sagte Que.

Que's Sonde kann auch verwendet werden, um die Nahrungsimmunität und NDM zu untersuchen, da sie nur in Gegenwart des Zinks leuchtet, das zur Bildung des Enzyms benötigt wird.

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