Celwanden - de mantelachtige structuren die alle bekende bacteriën omringen - kunnen het ongedaan maken van bacteriën blijken te zijn, de sleutel in handen hebben voor het ontwikkelen van nieuwe medicijnen die erop gericht zijn om ze te vernietigen.

Dat perspectief wordt gedeeld door velen in de medische en wetenschappelijke gemeenschap, inclusief Marcos Pires. Pires, een biochemicus aan de Lehigh University, loopt voorop in een nieuwe benadering voor het begrijpen van veranderingen in de bacteriële celwand als reactie op antibiotica die van cruciaal belang kunnen zijn voor het ontwerpen van nieuwe geneesmiddelen - een dringende behoefte in het licht van de groeiende dreiging van antibioticaresistentie. Zijn aanpak is zo veelbelovend dat het onlangs is erkend door de National Institutes of Health met een Maximizing Investigators' Research Award (MIRA).

Antibioticaresistentie treedt op wanneer bacteriële cellen zich aanpassen om een ​​medicijn te ontwijken dat is ontworpen om het te doden. Het aanbrengen van veranderingen aan de celwand is een manier waarop bacteriën dit bereiken. Weinig is bekend, echter, over hoe deze structuren reageren wanneer ze worden aangevallen.

Met de 5-jarige MIRA-subsidie ​​van $ 1,94 miljoen, De groep van Pires zal diep in dit proces duiken door middel van een unieke benadering die bacteriën in wezen misleidt om te onthullen waar de celwand het meest kwetsbaar is. Dergelijke kennis zou wetenschappers kunnen helpen bij het ontwerpen van antibiotica van de volgende generatie die resistentiemechanismen tegen geneesmiddelen omzeilen.

Het middelpunt van het onderzoek is een proces dat Pires en zijn team uitvoeren om de opname door levende bacteriën van synthetische celwandfragmenten die in het laboratorium zijn gemaakt, te vergemakkelijken. Deze fragmenten worden gemodificeerd met reporterunits waarmee onderzoekers kunnen observeren, in levende bacteriën, componenten van de celwandmachinerie onder verschillende omstandigheden.

"Bacteriële celwanden zijn uniek in hun structuur en functie en zijn essentieel voor bacteriële cellen - waardoor ze unieke doelen zijn voor de ontwikkeling van antibiotica, " zei Pires, assistent-professor bij de afdeling scheikunde. "Door bacteriën te 'misleiden' om sommige van onze celwandbouwstenen te gebruiken, we krijgen een ongekend perspectief op hoe ze veranderen wanneer ze worden uitgedaagd met antibiotica."

MIRA is een programma van het National Institute of General Medical Science (NIGMS), een afdeling van NIH die ondersteuning biedt voor fundamenteel onderzoek dat het begrip van biologische processen vergroot en de basis legt voor vooruitgang in de diagnose van ziekten, behandeling en preventie. Volgens NIGMS, het doel van MIRA is om de efficiëntie van NIGMS-financiering te vergroten door onderzoekers meer stabiliteit en flexibiliteit te bieden, waardoor de wetenschappelijke productiviteit en de kansen op belangrijke doorbraken toenemen.

Veranderingen in de bacteriële celwand identificeren die antibioticaresistentie veroorzaken

Er staat veel op het spel voor doorbraken in het ontwerp van geneesmiddelen om resistente bacteriën te behandelen. Elk jaar in de Verenigde Staten, meer dan 2 miljoen mensen lijden aan resistente bacteriële infecties. Naar schatting 23, 000 Amerikaanse levens - en 700, 000 levens wereldwijd - gaan jaarlijks verloren als gevolg van bacteriële infecties die resistent zijn tegen de huidige antibioticabehandelingen. Deze aantallen zullen naar verwachting alleen maar groeien.

Bacteriële celwanden zijn het doelwit van enkele van de krachtigste antibiotica die tot nu toe zijn ontdekt. Celwandgerichte antibiotica omvatten enkele vaak voorgeschreven behandelingen zoals penicilline en amoxicilline. Geneesmiddelen die zich richten op de celwanden van bacteriën behoren ook tot de veiligste omdat menselijke cellen geen celwanden hebben en dus niet worden aangetast door de behandeling.

Volgens Pires, individuele componenten van de bacteriële celwandmachinerie zijn de sleutel tot de aanpassingsreactie van bacteriën en, daarom, tot resistentie tegen medicijnen. Een van de doelen van zijn team is om de celwandcomponenten te identificeren die bacteriën nodig hebben om zich met succes aan te passen aan de medicijnen die zijn ontworpen om deze te vernietigen.

"Als we deze 'zwakke plekken' kunnen identificeren, zei Pires, "we zouden manieren moeten kunnen vinden om ze te inactiveren of te omzeilen."