Nieuwe hoge-resolutiestructuren van het bacteriële ribosoom, bepaald door onderzoekers van de Universiteit van Illinois, Chicago, tonen aan dat een enkel watermolecuul de oorzaak - en mogelijke oplossing - van antibioticaresistentie kan zijn.

De bevindingen van de nieuwe UIC-studie zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Chemische Biologie .

Pathogene kiemen worden resistent tegen antibiotica wanneer ze het vermogen ontwikkelen om de medicijnen te verslaan die zijn ontworpen om ze te doden. Elk jaar in de VS, miljoenen mensen lijden aan antibioticaresistente infecties, en duizenden mensen sterven als gevolg.

Het ontwikkelen van nieuwe medicijnen is een belangrijke manier waarop de wetenschappelijke gemeenschap probeert de impact van antibioticaresistentie te verminderen.

"Het eerste dat we moeten doen om verbeterde medicijnen te maken, is beter begrijpen hoe antibiotica werken en hoe 'slechte insecten' er resistent tegen worden. " zei Alexander Mankin, hoogleraar farmaceutische wetenschappen aan het UIC College of Pharmacy en co-auteur van het artikel.

Mankin en zijn collega, Joeri Polikanov, universitair hoofddocent biologische wetenschappen aan het UIC College of Liberal Arts and Sciences, hebben het werkingsmechanisme bestudeerd van een van de meest populaire soorten antibiotica die tegenwoordig in de kliniek worden gebruikt:macroliden.

"Macroliden behoren tot de meest succesvolle antibiotica die vaak worden gebruikt om infecties te behandelen die zich in de gemeenschap verspreiden - mensen krijgen macrolide-antibiotica, zoals azithromycine, bijvoorbeeld, altijd, zei Polikanov, de corresponderende auteur van het artikel. "Macroliden werken door bacteriën binnen te gaan en zich te binden aan de ribosomen, de eiwitsynthesemachine van de cel. Eenmaal gebonden, het medicijn voorkomt dat ribosomen nieuwe eiwitten maken, waardoor bacteriën niet kunnen groeien en zich kunnen vermenigvuldigen. Echter, resistente bacteriën veranderen hun ribosomen zodat het medicijn er niet meer aan kan binden."

Door jarenlange samenwerking tussen hun twee laboratoria, de UIC-onderzoekers konden begrijpen hoe macroliden aan het ribosoom binden, hoe bacteriën reageren op macroliden en hoe ze resistent worden tegen deze veelgebruikte medicijnen. Ze leerden ook hoe ze beelden met hoge resolutie konden vastleggen van de ribosomen die door antibiotica waren binnengevallen.

"We vergeleken de hi-res-structuren van de ribosomen van gevoelige en resistente bacteriën en merkten op dat een watermolecuul dat nodig is voor de strakke antibioticumbinding niet aanwezig was in de ribosomen van de medicijnresistente insecten. In de ribosomen van de medicijn- resistente bacteriën, er was gewoon geen ruimte voor dit watermolecuul, ' zei Polikanov.

Het watermolecuul, vonden de onderzoekers, fungeert als een brug tussen het ribosoom en het antibioticum. Wanneer resistente bacteriën de chemische samenstelling van hun ribosomen veranderen, deze brug tussen het ribosoom en het medicijn kan niet worden gebouwd. Hoewel de wetenschappelijke gemeenschap al lang vermoedde dat verschillen in de structuren van de gevoelige en resistente ribosomen belangrijk waren - waarom deze veranderingen de werking van geneesmiddelen verhinderen, was voorheen onbekend.

"Deze studie biedt de eerste overtuigende verklaring waarom macroliden zich niet kunnen binden aan ribosomen van de resistente bacteriën, ' zei Mankin.

"We zijn erg enthousiast over deze ontdekking, "Zei Polikanov. "Omdat we nu weten hoe macrolide-antibiotica precies interageren met hun doelwit, het ribosoom. Deze ontdekking is belangrijk omdat het de ontwikkeling van nieuwe antibiotica zal informeren en vergemakkelijken die dit watermolecuul niet nodig hebben om te binden. Er is een enorme vraag naar dergelijke medicijnen die zelfs die bacteriën kunnen doden die resistent zijn geworden tegen de momenteel gebruikte medicijnen."