Een team van onderzoekers heeft een 20-jarig raadsel opgelost over hoe een cruciale stap in de biosynthese van 'laatste redmiddel'-antibiotica plaatsvindt.

In twee recente artikelen gepubliceerd in prestigieuze tijdschriften, de onderzoekers, onder leiding van Monash Biomedicine Discovery Institute's universitair hoofddocent Max Cryle, hebben de weg vrijgemaakt voor het mogelijk opnieuw ontwerpen van de antibiotica door de betrokken peptide-assemblage te veranderen. Dit werk is verbonden door een gemeenschappelijke enzymatische machinerie die een groot potentieel heeft om zeer complexe bioactieve moleculen te produceren.

In een onderzoek dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ), het team van Monash BDI-onderzoekers heeft voor het eerst het peptidebindingvormende domein in het enzym 'Ebony' structureel gekarakteriseerd. Ebony - dat gerelateerd is aan de machines die peptide-antibiotica in bacteriën produceren - speelt een centrale rol bij de regulatie van de neurotransmitters dopamine en histamine in Drosophila . Deletie van ebbenhout beïnvloedt externe pigmentatie, maar het is ook gebleken dat het belangrijke functies verandert, zoals zicht en circadiane regulatie.

De studie zal naar verwachting wijdverbreide belangstelling genereren in de wetenschappelijke gemeenschap van wetenschappers die de structuur en functie van eiwitten bestuderen, bio-ingenieurs en onderzoekers die geïnteresseerd zijn in mechanismen van neurotransmitterregulatie.

"Ebbenhout is een zeldzaam voorbeeld van een niet-ribosomaal peptidesynthetase (NRPS) van een hogere eukaryoot, " Universitair hoofddocent Cryle zei:die ook lid is van EMBL Australia en het ARC Centre of Excellence in Advanced Molecular Imaging.

"We hebben laten zien dat het nieuwe soorten condensatiedomeinen bevat voor een NRPS en hebben de structuur uitgelegd, functie en relatie van dit enzym voor de eerste keer, " hij zei.

"Ebony helpt de activiteit van potentiële neurotransmitters te matigen door ze indien nodig zeer snel te inactiveren, en kan zich ook op een weefselafhankelijke manier anders gedragen met verschillende neurotransmitters."

Hoewel dit domein beperkt lijkt tot: Drosophila , voorbeelden van enzymen gerelateerd aan Ebony zijn geïdentificeerd in planten en gewervelde dieren, hij zei.

"Behalve de interesse voor neurale signalering, dit systeem zou kunnen worden gebruikt als een interessant voorbeeld van het nemen van een eukaryoot enzym en het exploiteren ervan in een bacterieel systeem om nieuwe bioactieve verbindingen te maken."

De snelheid waarmee dit proces werkt is ongeveer 60, 000 keer sneller dan die gebruikt in de bacteriën in de complementaire studie op op peptide gebaseerde condensatiedomeinen, waarbij specificiteit belangrijker is dan snelheid.

Het team publiceerde hun bevindingen over de biosynthese van glycopeptide-antibiotica van vancomycine en teicoplanine-type antibiotica in het tijdschrift Chemische Wetenschappen eind vorig jaar.

Het probeerde twee tegenstrijdige hypothesen over het proces met elkaar te verzoenen die eerder waren gegenereerd op basis van verschillende benaderingen - in vitro en in vivo.

"Deze peptide-antibiotica worden klinisch gebruikt, dus het is belangrijk om te begrijpen hoe ze worden gemaakt, ' zei universitair hoofddocent Cryle.

"Dit is een voorwaarde om de biosynthetische machinerie te herontwikkelen om nieuwe te maken, " hij zei.

Het team van universitair hoofddocent Cryle werkte samen met de Duitse wetenschappers die zich concentreerden op in vivo benaderingen, en ontdekte dat de verschillende benaderingen die werden gebruikt, waren kijken naar de biosynthetische machines die met verschillende snelheden werken, en dus van invloed op de resultaten van elk experiment.

"Deze resultaten laten zien hoe cruciaal de timing van peptide-assemblage is voor de effectieve productie van deze antibiotica, en stelt richtlijnen op voor re-engineering inspanningen om nieuwe, effectieve antibiotica, " hij zei.

"Dat is erg belangrijk gezien de toename van antibioticaresistentie, die nu wordt erkend als een ernstig probleem."

Deze twee onderzoeken hebben ons begrip verbeterd van hoe de enzymatische machinerie die veel belangrijke bioactieve peptiden produceert, zorgt voor de voortreffelijke selectiviteit die van nature in dergelijke assemblagelijnen wordt aangetroffen.

Belangrijker, het toont manieren waarop dergelijke machines effectief kunnen worden herontworpen om nieuwe, effectievere verbindingen. Via deze machines worden veel belangrijke klinische antibiotica geproduceerd. Nu de dreiging van antimicrobiële resistentie steeds groter wordt, er is nooit een grotere behoefte geweest om deze biosynthetische processen te kunnen veranderen om nieuwe, zeer actieve verbindingen om infectie onder controle te houden. Deze twee onderzoeken bieden belangrijke stappen op weg naar dit doel.