Cornell-onderzoekers hebben de structuur ontdekt van een regulerend mechanisme dat uniek is voor bacteriën, het openen van de deur voor het ontwerpen van nieuwe antibiotica gericht op ziekteverwekkers.

Naarmate de dreiging van antibioticaresistente ziektekiemen toeneemt, deze ontdekking biedt hoop voor het vinden van een alternatieve manier om ziekteverwekkende bacteriën aan te pakken.

In de studie, onderzoekers gebruikten röntgenkristallografie om de structuur van zogenaamde "T-box" -elementen in de ziekteverwekker Mycobacterium tuberculosis te onthullen, de modelbacterie in het onderzoek.

T-boxen zijn structuren die herkennen wanneer een cel een tekort heeft aan een specifiek aminozuur, de bouwstenen van cellen. Met T-boxen kunnen bacteriën op dit tekort reageren door een proces op gang te brengen dat meer van dat aminozuur genereert. Op deze manier, T-boxen vergemakkelijken het basisfunctioneren in bacteriën, waaronder veel pathogenen zoals M. tuberculosis en Bacillus anthracis, die de dodelijke miltvuurziekte veroorzaakt.

"De T-boxen komen alleen voor in bacteriën en ze controleren essentiële genen, "zei de eerste auteur van het onderzoek Robert Battaglia. "Dit maakt ze een aantrekkelijk doelwit omdat ze ook essentieel zijn voor veel van deze bacteriën om te reageren op verhongering."

Battaglia is een afgestudeerde student in het lab van senior auteur Ailong Ke, hoogleraar moleculaire biologie en genetica aan de Cornell University.

T-boxen binden aan een essentieel macromolecuul genaamd tRNA, die bestaat in ongeladen en geladen vormen. Verschillende soorten tRNA zijn elk aangepast aan een specifiek type aminozuur. Wanneer de hoeveelheid van een aminozuur laag is in de bacteriecel, het corresponderende tRNA zal ongeladen zijn en zal binden aan een T-box, die op zijn beurt herkent welk type aminozuur dat tRNA nodig heeft en een proces vergemakkelijkt om meer van dat aminozuur te genereren. Als de hoeveelheid van een aminozuur stijgt, het tRNA zal ermee koppelen, waardoor dat tRNA wordt opgeladen. De aminozuren worden vervolgens gebruikt in allerlei basale bacteriecelfuncties.

In de studie, de onderzoekers beschreven de structuur van het volledige T-box- en tRNA-complex.

"Door onze structuur op te lossen, we kunnen zien hoe verschillende delen van de T-box zijn gepositioneerd om de T-box deze specifieke interactie met een tRNA te laten hebben, " zei Battaglia. "Als we een soort medicijn kunnen ontwikkelen om deze T-box-elementen te targeten om te knoeien met hun vermogen om te binden met het tRNA, ze kunnen een heel goede keuze zijn voor een antibioticum, omdat we zelf geen [T-boxen] hebben, dus we hoeven ons geen zorgen te maken over bijwerkingen of toxiciteit."

De studie is gepubliceerd in Natuur Structurele en moleculaire biologie .