Antibioticaresistente bacteriën vormen een toenemende bedreiging voor de gezondheid, nieuwe antibiotica essentieel maken. Duitse onderzoekers hebben onlangs een doorbraak gehad:ze ontdekten lugdunine in de menselijke neus - een nieuw soort cyclisch peptide dat afkomstig is van de bacterie Staphylococcus lugdunensis en sterke antimicrobiële eigenschappen heeft tegen Stahphylococcus aureus, onder andere. De onderzoekers hebben het werkingsmechanisme kunnen verduidelijken door varianten te synthetiseren. Zoals ze uitleggen in het tijdschrift Angewandte Chemie , protontransport over bacteriële membranen is betrokken.

Een interessant onderdeel van de structuur van lugdunin is de thiazolidinegroep (een ring gemaakt van één stikstof, een zwavel, en drie koolstofatomen), die een deel van zijn peptidering vormt. Deze vijfledige ring lijkt op een gesp die de peptidering "versieert". Om deze reden, de onderzoekers noemden hun nieuwe klasse van materialen "fibupeptiden, " uit het Latijn kuitbeen , betekenis sluiting . Nadat we er eerder in waren geslaagd lugdunin te synthetiseren, het team van de Universiteit van Tübingen en de Universiteit van Göttingen (Duitsland) optimaliseerde de synthetische route om veel verschillende derivaten van deze natuurlijke stof te maken. Dit maakte een uitgebreide studie mogelijk van het mechanisme waarmee lugdunin werkt. De onderzoekers maakten een reeks derivaten waarin ze elk van de aminozuren in de peptidering vervingen door alanine - een waarin ze de "ornamentsluiting, " en een fibupeptide met een structuur die het spiegelbeeld is van lugdunin. Vervolgens gebruikten ze deze derivaten om activiteitstesten uit te voeren.

Het team, bestaande uit chemici, biochemici, en microbiologen, ontdekte dat de cyclische structuur van het peptide, de thiazolidine "sluiting, " en twee aminozuren (tryptofaan en leucine), zijn cruciaal voor de antibiotische activiteit van de verbinding. In aanvulling, de peptidering moet altijd uit afwisselende D- en L-aminozuren bestaan. Echter, er was geen verschil in de activiteit van het oorspronkelijke molecuul of zijn spiegelbeeld. "Dit duidt op een gebrek aan stereospecifieke receptor-ligand-interactie, " zegt Nadine Schilling, een lid van het team onder leiding van Stephanie Grond, "in plaats daarvan, het spreekt voor interactie met een klein molecuul of ion."

Een andere observatie was dat actieve lugduninederivaten de elektrische potentiaal (het verschil in spanning tussen de binnen- en buitenkant) van bacteriële celmembranen afbreken, waardoor de bacteriën worden gedood. Het opnemen van een extra tryptofaanmolecuul versterkte de interactie met het membraan en versterkte de antibacteriële werking. Grond zegt:"Deze resultaten suggereren ionentransport over het bacteriële membraan." Om deze functie nader te onderzoeken, de onderzoekers maakten synthetische blaasjes met een pH-gradiënt ten opzichte van de omringende oplossing. Toevoeging van actieve fibupeptiden leidde tot snelle pH-egalisatie, zonder vernietiging van het membraan of vorming van poriën. "Het mechanisme bestaat duidelijk uit translocatie van protonen over het membraan, ", zegt Grond. "We moeten nog bepalen of lugdunin als mobiel transportmiddel of als protonkanaal fungeert."