Een methode voor het ontwerpen van antibiotica op basis van willekeurige binaire codering, ontwikkeld door een team onder leiding van het National Physical Laboratory (NPL), zou nieuwe kansen kunnen bieden op het gebied van de ontdekking van geneesmiddelen.

Biologische activiteit wordt gecodeerd in moleculaire sequenties van twintig unieke aminozuren. Antimicrobiële activiteit is geen uitzondering en is geprogrammeerd in korte sequenties die antimicrobiële peptiden worden genoemd, die door ons immuunsysteem worden gebruikt om bacteriën te bestrijden.

Aangezien de verspreiding van antimicrobiële resistentie de behoefte aan sterkere, snellere en selectievere behandelingen, onderzoekers ontwikkelen nieuwe sequenties op basis van deze natuurlijk voorkomende peptiden voor gebruik in antimicrobiële therapieën. Echter, er is nog veel onbekend over dergelijke sequenties - in het bijzonder, welke sequenties zijn het meest effectief tegen bacteriën zonder de cellen van ons eigen lichaam te beschadigen? En welke structurele kenmerken zorgen voor selectiviteit?

Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van NPL ging op zoek naar antimicrobiële selectiviteit door twee sets van miljoenen willekeurige antimicrobiële sequenties te maken die zijn opgebouwd uit slechts twee aminozuren. Van de eerste reeks sequenties die ze maakten, werd voorspeld dat ze bacteriën effectief zouden doden en tegelijkertijd de menselijke rode bloedcellen zouden aantasten; de tweede reeks sequenties is gemaakt om uitsluitend bacteriële cellen te targeten.

Om dit te behalen, het team profiteerde van de eigenschap van chiraliteit door een van de twee aminozuren te vervangen door zijn spiegelbeeld. Alle natuurlijk voorkomende eiwitsequenties zijn chiraal (d.w.z. niet identiek aan hun spiegelbeeld), een eigenschap die ertoe leidt dat hun omgekeerde chiraliteit (spiegelbeeld) vormen geen invloed kunnen hebben op ons immuunsysteem. In tegenstelling tot, bacteriën wisselen vaak van chiraliteit om antibiotica te produceren die andere bacteriën kunnen bestrijden, en kan daarom worden beïnvloed door omgekeerde chiraliteitssequenties.

Bijgevolg, de reeks antimicrobiële sequenties met gedeeltelijk omgekeerde chiraliteit doodde effectief bacteriën, inclusief superbacteriën MRSA en VSE, zonder menselijke cellen negatief te beïnvloeden, zelfs bij zeer hoge concentraties. Het meest opvallend, de twee reeksen sequenties vertoonden twee fundamenteel verschillende fysieke mechanismen - de toxische homochirale sequenties hadden de neiging om bacteriële membranen te perforeren, terwijl de zeer selectieve omgekeerde chiraliteitssequenties geen zichtbare markeringen op membraanoppervlakken achterlieten.

De bevindingen, gerapporteerd in het journaal Angewandte Chemie en uitgevoerd in samenwerking met de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, de Universiteit van Brighton, de University of Western Australia en de University of Oxford, zou nieuwe kansen kunnen bieden bij het ontdekken van geneesmiddelen voor het coderen van zeer selectieve antimicrobiële stoffen.

Reproduceerbare metingen van antimicrobiële activiteit zijn essentieel om het vertrouwen in de volgende generatie veilige, effectieve behandelingen, en NPL's Biotechnology-groep ontwikkelt de meetinfrastructuur die nodig is om antimicrobiële ontdekking en ontwikkeling te ondersteunen.