Antibioticaresistente bacteriën zijn een snel groeiende bedreiging voor de volksgezondheid geworden. Volgens de Amerikaanse Centers for Disease Control and Prevention zijn ze elk jaar verantwoordelijk voor meer dan 2,8 miljoen infecties. Zonder nieuwe antibiotica kunnen zelfs gewone verwondingen en infecties dodelijk zijn.

Wetenschappers zijn nu een stap dichter bij het elimineren van die dreiging, dankzij een door Texas A&M University geleide samenwerking die een nieuwe familie van polymeren heeft ontwikkeld die in staat zijn bacteriën te doden zonder antibioticaresistentie te veroorzaken door het membraan van deze micro-organismen te verstoren.

"De nieuwe polymeren die we hebben gesynthetiseerd zouden in de toekomst kunnen helpen antibioticaresistentie te bestrijden door antibacteriële moleculen aan te bieden die werken via een mechanisme waartegen bacteriën geen resistentie lijken te ontwikkelen", zegt Dr. Quentin Michaudel, assistent-professor bij de afdeling Scheikunde en hoofd van de afdeling Chemie. onderzoeker in het onderzoek, gepubliceerd op 11 december in de Proceedings of the National Academy of Sciences .

Het Michaudel Laboratorium werkte op het grensvlak van organische chemie en polymeerwetenschap en slaagde erin het nieuwe polymeer te synthetiseren door zorgvuldig een positief geladen molecuul te ontwerpen dat vele malen kan worden samengevoegd om een ​​groot molecuul te vormen dat is gemaakt van hetzelfde zich herhalende geladen motief met behulp van een zorgvuldig geselecteerd katalysator genaamd AquaMet.

Volgens Michaudel blijkt die katalysator van cruciaal belang, aangezien hij een hoge concentratie aan ladingen moet tolereren en ook in water oplosbaar moet zijn – een eigenschap die hij beschrijft als ongebruikelijk voor dit soort processen.

Na succes te hebben geboekt, heeft het Michaudel Lab zijn polymeren op de proef gesteld tegen twee belangrijke soorten antibioticaresistente bacteriën:E. coli en Staphylococcus aureus (MRSA) – in samenwerking met de groep van Dr. Jessica Schiffman aan de Universiteit van Massachusetts Amherst. In afwachting van die resultaten testten de onderzoekers ook de toxiciteit van hun polymeren tegen menselijke rode bloedcellen.

"Een veelvoorkomend probleem met antibacteriële polymeren is een gebrek aan selectiviteit tussen bacteriën en menselijke cellen bij het richten op het celmembraan", legt Michaudel uit. "De sleutel is het vinden van een juiste balans tussen het effectief remmen van de groei van bacteriën en het willekeurig doden van verschillende soorten cellen."

Michaudel noemt de multidisciplinaire aard van wetenschappelijke innovatie en de vrijgevigheid van toegewijde onderzoekers op de Texas A&M-campus en in het hele land als factoren in het succes van zijn team bij het bepalen van de perfecte katalysator voor hun molecuulassemblage.

"Dit project was meerdere jaren in de maak en zou niet mogelijk zijn geweest zonder de hulp van verschillende groepen, naast onze UMass-medewerkers," zei Michaudel.

"We moesten bijvoorbeeld enkele monsters naar het Letteri Lab van de Universiteit van Virginia sturen om de lengte van onze polymeren te bepalen, waarvoor het gebruik van een instrument nodig was dat maar weinig laboratoria in het land hebben. We zijn ook enorm dankbaar aan [biochemie] Ph.D. kandidaat] Nathan Williams en Dr. Jean-Philippe Pellois hier bij Texas A&M, die hun expertise hebben geleverd in onze beoordeling van de toxiciteit tegen rode bloedcellen."

Michaudel zegt dat het team zich nu zal concentreren op het verbeteren van de activiteit van zijn polymeren tegen bacteriën – in het bijzonder hun selectiviteit voor bacteriële cellen versus menselijke cellen – voordat ze overgaan tot in vivo testen.

"We zijn bezig met het synthetiseren van een verscheidenheid aan analogen met dat opwindende doel voor ogen", zei hij.

Het artikel van het team gaat over Michaudel Lab-lid en Texas A&M scheikunde Ph.D. afgestudeerd Dr. Sarah Hancock als eerste auteur. Andere belangrijke bijdragen van het Michaudel Lab zijn scheikundestudent An Tran, postdoctoraal onderzoeker Dr. Arunava Maity en voormalig postdoctoraal onderzoeker Dr. Nattawut Yuntawattana, die nu assistent-professor materiaalkunde is aan de Kasetsart Universiteit in Thailand.

Meer informatie: Sarah N. Hancock et al, Ringopenende metathesepolymerisatie van N-methylpyridinium-gefuseerde norbornenen om toegang te krijgen tot antibacteriële kationische polymeren met de hoofdketen, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2311396120

Journaalinformatie: Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen

Aangeboden door Texas A&M University