211service.com
Nanobiotische levensredders
Nanobuisjes die zichzelf uit peptideringen construeren, kunnen een effectief nieuw wapen zijn tegen antibioticaresistente bacteriën en de dreiging van ongeneeslijke ziekten.
Lijkt op een moleculaire donut, een 2,5 nanometer ring van aangepaste aminozuren zinkt in de celwand van a Staphylococcus aureus bacterie, een van de antibioticaresistente stammen die verantwoordelijk is voor levensbedreigende ziekenhuisinfecties.
Miljoenen meer van deze kleverige, donutvormige cyclische peptiden - elk een lusvormige keten van aminozuren - komen de gelatineuze celwand van de bacterie binnen. Ze trekken chemisch naar elkaar toe en assembleren zichzelf tot langwerpige buizen, als stapels kleine banden die in het celmembraan zijn ingebed.
Enkele peptidebuizen doorboren vervolgens het membraan. Groepen aangrenzende buisjes werken samen om nog grotere, gapende poriën in de celwand te openen. Binnen enkele minuten doden talloze gaten de bacterie door het elektrische potentieel van zijn membraan te verstoren, waardoor de interne machinerie van de cel effectief wordt uitgeschakeld.
Dodelijke injectoren
Ontwikkeld door een team onder leiding van M. Reza Ghadiri van het in La Jolla-CA gevestigde Scripps Research Institute, kunnen deze nanobiotische levensredders mogelijk zelfs de meest resistente bacteriën doden, terwijl dierlijke cellen worden gespaard.
De Wereldgezondheidsorganisatie schat dat de totale kosten van de behandeling van alle antibioticaresistente bacteriële infecties die in het ziekenhuis worden overgedragen, ongeveer $ 10 miljard per jaar bedragen.
Terwijl proeven bij mensen nog twee tot drie jaar duren, heeft de groep hun synthetische, zelfassemblerende peptidenanobuisjes bij muizen getest, waardoor dodelijke infecties van methicilline-resistente Staphylococcus aureus. De peptiden zijn ook veelbelovend bij de behandeling van een breed scala aan dodelijke bacteriestammen, waaronder: Escherichia coli, pseudomonas aeruginosa en Enterococcus faecalis. Ze kunnen uiteindelijk effectief blijken te zijn tegen schimmel- en parasitaire infecties.
Ghadiri's peptideringen, samengesteld uit een nieuw afwisselend patroon van natuurlijk voorkomende en synthetische aminozuren, hebben zijketens van aminozuren die naar buiten gericht zijn vanaf de donut en reageren op de omgeving.
Deze sensormoleculen kunnen snel opnieuw worden geconfigureerd in het laboratorium om de werking van de peptiden aan te passen. We kunnen in ongeveer twee weken 100.000 varianten produceren, zegt Ghadiri. Die flexibiliteit zou medicijnmakers uiteindelijk moeten laten kiezen op welke bacteriën ze zich richten, bepalen hoe de peptiden zichzelf in het membraan plaatsen en zichzelf assembleren, en de toxiciteit voor dierlijke cellen in de geïnfecteerde gastheer minimaliseren.
Dr. Tomas Ganz, een experimentele patholoog aan de medische faculteit van de UCLA, zegt dat het werk van Ghadiri's groep een potentiële nieuwe klasse van moleculaire slimme wapens vertegenwoordigt. Hij waarschuwt echter dat deze stoffen nog geen medicijnen zijn. Ze moeten economisch te produceren zijn en effectief en niet-toxisch zijn voor mensen, zegt hij.
Langere houdbaarheid
De snelheid waarmee ze werken en de nieuwe structuur van de peptiden zouden het voor bacteriën moeilijker moeten maken om resistentie te ontwikkelen, zegt Ghadiri, wat de weg vrijmaakt voor een nieuwe klasse geneesmiddelen met een langere houdbaarheid. Maar, waarschuwt hij, niemand mag het aanpassingsvermogen van bacteriën ooit onderschatten.
Cyclische peptiden worden al jaren onderzocht. Veel natuurlijke peptiden beschermen tegen microben in dieren en planten. Andere geneesmiddelen op basis van cyclische peptiden, zoals bacitracine, worden vaak gebruikt als plaatselijke antibiotica.
Scripps-onderzoekers stapelden in 1992 voor het eerst cyclische peptiden in nanobuisjes. Aanvankelijk hoopten ze reageerbuizen op nanoschaal te maken voor biochemisch onderzoek. Maar toen ze in 1994 de membraanactiviteit van de buisjes opmerkten, concentreerden ze hun ontdekking snel op de behandeling van multiresistente bacteriën.
Als gevolg daarvan voelt Ghadiri zich gelukkig dat ons werk in een relatief korte tijd kan leiden tot iets nuttigs voor miljoenen mensen.