Twee nieuwe ontdekkingen van het laboratorium van Edward Yu in Iowa State University dragen bij aan het wetenschappelijke begrip van hoe bacteriën antibiotica weerstaan.

Yu en zijn onderzoeksgroep hebben zojuist twee structuren en mechanismen beschreven - effluxpompen en versterkte celwanden - die bepaalde ziekteverwekkende bacteriën gebruiken om antibiotica weg te houden. Dat begrip zou op een dag kunnen leiden tot nieuwe behandelingen die de structuren uitschakelen en de effectiviteit van medicijnen herstellen.

"We bestuderen veel effluxpompen om antibioticaresistentie te begrijpen, " zei Yu, een professor in de staat Iowa met aanstellingen in natuurkunde en astronomie; scheikunde; biochemie, biofysica en moleculaire biologie; en het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy. "Vernieuwing van celwanden is ook een belangrijk mechanisme om antibacteriële geneesmiddelen te bestrijden.

"De structuur en het mechanisme hangen af ​​van de bacteriën waar je het over hebt - en de bacteriën zullen een manier vinden."

Twee tijdschriften hebben zojuist de nieuwste bevindingen van Yu's onderzoeksgroep gepubliceerd:

1. Een paper online gepubliceerd door Natuurcommunicatie beschrijft hoe de Campylobacter jejuni bacterie, die een ontsteking van het spijsverteringskanaal (enterocolitis) en bijbehorende diarree veroorzaakt, gebruikt een effluxpomp van drie moleculen om antibacteriële medicijnen te extruderen. Het project is een samenwerking van Yu; Yeon Kyun Shin, Roy J. Carver van de staat Iowa, hoogleraar biochemie, Biofysica en Moleculaire Biologie; en Qijing Zhang, een Iowa State associate dean of veterinary medicine en de Dr. Frank K. Ramsey Endowed Chair in Veterinary Research. Chih-Chia "Jack" Su, een geassocieerde wetenschapper van de staat Iowa; Linxiang Yin, een afgestudeerde student van de staat Iowa; en Nitin Kumar, een doctoraatsstudent in de staat Iowa; zijn eerste auteurs.

   Eerdere studies meldden dat de drie moleculen van de pomp in een gesynchroniseerde rotatie werkten - één molecuul toegang tot, één molecuul bindt en één molecuul extrudeert - om antibiotica uit de cel te pompen. Yu's onderzoeksgroep ontdekte dat elk onderdeel van de pomp onafhankelijk van de andere werkte, in wezen drie pompen in één structuur creëren.

   "De drie onafhankelijke pompen maken het een krachtigere multidrug-effluxpomp, ' zei Yu.

2. Een paper online gepubliceerd door de Proceedings van de National Academy of Sciences Early Edition beschrijft hoe de Burkholderia multivorans bacterie, die longontsteking kan veroorzaken bij mensen met immuundeficiënties of longziekten zoals cystische fibrose, kan zijn celwand hermodelleren en versterken, het sluiten van de deur voor een reeks antimicrobiële geneesmiddelen. Kumar en Su zijn eerste auteurs.

   Het artikel richt zich op hoe deze bacteriën hopanoïde lipideverbindingen naar hun buitenste celmembranen transporteren. De verbindingen dragen bij aan membraanstabiliteit en stijfheid.

"Over het algemeen suggereren onze gegevens een nieuw mechanisme voor hopanoïde transport dat betrokken is bij hermodellering van celwanden, wat van cruciaal belang is voor het bemiddelen van multidrugresistentie bij Burkholderia , " schreven de auteurs in een projectsamenvatting.

Subsidies van de National Institutes of Health ondersteunde beide studies. Subsidies van het Amerikaanse ministerie van Energie ondersteunden ook ultraheldere, hoogenergetische röntgenexperimenten bij de Advanced Photon Source van het Argonne National Laboratory in Illinois.

Yu en zijn onderzoeksgroep hebben een lange geschiedenis van succesvol gebruik van röntgenkristallografie om de structuur van pompen te beschrijven en te begrijpen, transporters en regulatoren in bacteriën. Een galerij op de website van zijn onderzoeksgroep toont lintdiagrammen van 21 verschillende structuren.

Vanwege Yu's belangrijke bijdrage aan het begrip van antimicrobiële resistentie bij bacteriën, de American Academy of Microbiology heeft hem eerder dit jaar verkozen tot academy fellow.

Met dat uitgebreide begrip van de structuren en mechanismen achter bacteriële resistentie tegen antibiotica, Yu zei dat zijn onderzoeksgroep begint te kijken hoe de pompen en transporteurs kunnen worden uitgeschakeld.

"We proberen een remmerverbinding te vinden, " zei Yu. "We denken erover om wat meer translationele wetenschap te doen. We hebben veel rijke informatie over de structuur en functie van deze pompen. Waarom zou je het niet gebruiken?"