Als je ooit de ellende hebt gehad van voedselvergiftiging door een bacterie zoals Shigella of Salmonella, dan zijn je cellen aan de ontvangende kant van "nano-injectoren" geweest - microscopisch kleine spikes gemaakt van eiwitten waardoor pathogenen effector-eiwitten afscheiden in menselijke gastheercellen, infectie veroorzaken.

Veel bacteriën gebruiken nano-injectoren om jaarlijks miljoenen mensen over de hele wereld te infecteren.

Vandaag, Roberto de Guzman, universitair hoofddocent moleculaire biowetenschappen aan de Universiteit van Kansas, leidt een onderzoeksgroep die het potentieel van nano-injectoren als doelwit voor een nieuwe klasse antibiotica evalueert. Hun werk wordt gefinancierd door een vijfjarige, $ 1,8 miljoen subsidie ​​van het National Institute of Allergy and Infectious Diseases, onderdeel van de National Institutes of Health.

"Deze subsidie ​​ondersteunt onze studies over hoe bacteriële nano-injectoren worden geassembleerd, " zei De Guzman. "Nano-injectoren zijn eiwitmachines die door bacteriële pathogenen worden gebruikt om virulentie-eiwitten in menselijke cellen te injecteren om infectieziekten te veroorzaken. Ze zijn op nanoschaal als grootte - ze zien eruit als naalden en bacteriën gebruiken ze om virulentie-eiwitten in gastheercellen te injecteren - dus ik noemde ze nano-injectoren. In de microbiologie, ze staan ​​bekend als onderdeel van het type III secretiesysteem, een eiwitleveringsmachine."

De KU-onderzoeker zei dat nano-injectoren uniek zijn voor pathogene bacteriën en absoluut noodzakelijk zijn voor besmettelijkheid. De meeste mensen hebben gehoord van de ziekten die worden veroorzaakt door bacteriële pathogenen die nano-injectoren gebruiken, waarvan er verschillende de loop van de menselijke ervaring ten kwade hebben veranderd.

"Voorbeelden zijn Yersinia pestis, die de Zwarte Dood in Europa veroorzaakte en de wereldgeschiedenis veranderde, "zei De Guzman. "Ook, Pseudomonas aeruginosa, doodsoorzaak nummer één onder patiënten met cystische fibrose en een belangrijke bron van secundaire ziekenhuisinfecties, en Chlamydia, een belangrijke bron van bacteriële seksueel overdraagbare aandoeningen."

Omdat een toenemend aantal pathogenen stammen heeft ontwikkeld die niet worden aangetast door antibiotica die nu op de markt zijn, De Guzman zei dat nieuwe benaderingen bij de ontwikkeling van geneesmiddelen nodig zijn - en nano-injectoren zouden een waardevol doelwit kunnen zijn.

"Het probleem is dat al deze ziekteverwekkers resistentie hebben ontwikkeld tegen de huidige antibiotica, "zei hij. "Verder, antibiotica zijn niet zo winstgevend als andere medicijnen, daarom hebben farmaceutische bedrijven de ontwikkeling ervan afgekeurd. Vandaar, er is een gebrek aan nieuwe antibiotica in de pijplijn. We gaan een perfecte storm tegemoet wanneer de leeftijd van antibiotica niet langer gegarandeerd is."

Een belangrijke factor bij het toekennen van deze subsidie ​​aan de KU door de NIH is een $ 1,9 miljoen nucleaire magnetische resonantie- of NMR-spectrometer - in wezen een enorme magneet - die de universiteit in 2004 kocht via een obligatie die is goedgekeurd door de wetgevende macht van Kansas.

"We hebben het cruciale instrument dat nodig is voor dit onderzoek, " zei De Guzman. "Dit is mijn tweede grote NIH-beurs, plus de andere door de KU ontvangen subsidies die afhankelijk zijn van de NMR-magneet. Ik denk dat Kansas veel waard is geworden met die investering."

Met behulp van de NMR-spectrometer, De Guzman en zijn team hopen de biologische processen die nano-injectoren creëren beter te begrijpen.

"Nano-injectoren zijn samengesteld uit ongeveer 20 verschillende soorten eiwitten, en delen daarvan, zoals de naald zelf en eiwitten die met de naald zijn geassocieerd, worden aan het oppervlak blootgesteld, ", aldus De Guzman. "De nano-injector wordt op een precieze manier in elkaar gezet waar eiwitten als nauwsluitende Legoblokjes samenkomen. Een klein defect kan het geheel onbruikbaar maken voor ziekteverwekkers, waardoor ze niet-infectieus worden."

Het uiteindelijke doel is om verbindingen te vinden of te ontwikkelen die dergelijke defecten in nano-injectoren bevorderen, waardoor de ziekteverwekkers onschadelijk worden gemaakt voor de mens.

"Mijn interesse is om in atomair detail te begrijpen hoe de naald wordt geassembleerd en die kennis uit te breiden tot het ontwikkelen van medicijnen die de assemblage van de nano-injectoren zullen verstoren en daardoor voorkomen dat ziekteverwekkers hun gastheren infecteren, zei De Guzman.