Antibiotica behoren tot de belangrijkste ontdekkingen van de moderne geneeskunde en hebben sinds de ontdekking van penicilline bijna 100 jaar geleden miljoenen levens gered. Veel ziekten veroorzaakt door bacteriële infecties, zoals longontsteking, meningitis of bloedvergiftiging - worden met succes behandeld met antibiotica. Echter, bacteriën kunnen resistent worden tegen antibiotica, waardoor artsen moeite hebben om effectieve behandelingen te vinden. Bijzonder problematisch zijn pathogenen die resistentie ontwikkelen tegen meerdere geneesmiddelen en niet worden aangetast door de meeste antibiotica. Dit leidt tot ernstige ziekteprogressie bij getroffen patiënten, vaak met fatale afloop. Over de hele wereld zijn wetenschappers daarom bezig met het zoeken naar nieuwe antibiotica. Onderzoekers van de Universiteit van Göttingen en het Max Planck Instituut voor Biofysische Chemie Göttingen hebben nu een veelbelovende nieuwe aanpak beschreven met 'antivitaminen' om nieuwe klassen antibiotica te ontwikkelen. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Chemische Biologie .

Antivitaminen zijn stoffen die de biologische functie van een echte vitamine remmen. Sommige antivitaminen hebben een chemische structuur die vergelijkbaar is met die van de eigenlijke vitamine waarvan ze de werking blokkeren of beperken. Voor deze studie is Het team van professor Kai Tittmann van het Göttingen Center for Molecular Biosciences aan de Universiteit van Göttingen werkte samen met de groep van professor Bert de Groot van het Max Planck Institute for Biophysical Chemistry Göttingen en professor Tadgh Begley van de Texas A&M University (VS). Samen onderzochten ze het werkingsmechanisme op atomair niveau van een natuurlijk voorkomende antivitamine van vitamine B1. Sommige bacteriën kunnen een giftige vorm van deze essentiële vitamine B1 produceren om concurrerende bacteriën te doden. Deze specifieke antivitamine heeft slechts een enkel atoom naast de natuurlijke vitamine op een schijnbaar onbelangrijke plaats en de spannende onderzoeksvraag was waarom de werking van de vitamine toch werd verhinderd of 'vergiftigd'.

Het team van Tittmann gebruikte eiwitkristallografie met hoge resolutie om te onderzoeken hoe de antivitamine een belangrijk eiwit uit het centrale metabolisme van bacteriën remt. De onderzoekers ontdekten dat de 'dans van de protonen, ' die normaal gesproken kan worden waargenomen in functionerende eiwitten, stopt bijna volledig met functioneren en het eiwit werkt niet meer. "Slechts één extra atoom in de antivitamine werkt als een zandkorrel in een complex tandwielsysteem door de fijn afgestemde mechanica te blokkeren, " legt Tittmann uit. Het is interessant om te zien dat menselijke eiwitten relatief goed met de antivitamine om kunnen gaan en blijven werken. De chemicus de Groot en zijn team gebruikten computersimulaties om erachter te komen waarom dit zo is. "De menselijke eiwitten ofwel niet helemaal of op zo'n manier binden aan de antivitamine dat ze niet 'vergiftigd' worden, ", zegt de Max Planck-onderzoeker. Het verschil tussen de effecten van de antivitamine op bacteriën en op menselijke eiwitten opent de mogelijkheid om het in de toekomst als antibioticum te gebruiken en zo nieuwe therapeutische alternatieven te creëren.