Bilim insanları süperböceklerle mücadele için kurbağaların antibakteriyel sırlarını açığa çıkardı

Özet: Mühendisler bir kurbağanın salgılarından güçlü yeni antibiyotikler elde etti. Yeni moleküller, insan hücrelerine veya faydalı bağırsak bakterilerine zarar vermeden, mevcut son çare antibiyotiklerle eşit düzeyde yetenek göstermiştir.

Ayrıntılı Açıklama

Kurbağalar, tropik ormanlardan subarktik ormanlara kadar dünyanın hemen hemen her köşesine yayılarak yüz milyonlarca yıldır varlıklarını sürdürmektedir. Evrimleri boyunca, nemli ortamlarında gelişen bakteri ordularına karşı - daha önce bildirilmemiş antibiyotikler de dahil olmak üzere - dikkate değer savunmalar geliştirdiler. Bu bileşiklerin varyantları bir gün insanları ilaca dirençli patojenlerden koruyabilir.

Trends in Biotechnology (Cell Press)

dergisinde yayınlanan yeni bir makalede, Pennsylvania Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi'nde (Penn Engineering) Biyomühendislik ve Kimya ve Biyomoleküler Mühendislik alanlarında Başkanlık Doçenti olan Cesar de la Fuente, Perelman Tıp Fakültesi (PSOM) Psikiyatri ve Mikrobiyoloji ve Fen-Edebiyat Fakültesi Kimya bölümlerinde görev yapan de la Fuente, Güney Asya'da yaygın olarak bulunan bir kurbağanın salgılarından elde edilen bir antibiyotik sınıfı olan sentetik peptitlerin yaratılmasını anlatıyor.

Nature's Antibiotic Toolkit

Bu çalışma, de la Fuente'nin laboratuvarında daha önce yapılan ve bir dizi beklenmedik yerde yeni antibiyotikler keşfeden çalışmalara dayanıyor: tüylü mamut da dahil olmak üzere soyu tükenmiş organizmaların DNA'sı; Neandertallerin DNA'sı; ve insan bağırsak mikrobiyomu.

De la Fuente, "Her çalışma, evrimin antibiyotiklerin yaratılmasını teşvik edeceği ortamları hayal ederek motive oluyor" diyor. "Amfibiler mikrop açısından çok zengin ortamlarda yaşarlar. Mikroplarla çevrili olmalarına rağmen çok nadiren enfekte olurlar, bu nedenle antimikrobiyal bileşikler üretmeleri gerekir."

2012 yılında Çin'deki araştırmacılar, ilk kez 19. yüzyılın sonlarında Belçikalı bir doğa bilimci tarafından tanımlanan ve kendine özgü kokusu nedeniyle adlandırılan bir kurbağa türü olan Odorrana andersonii

'nin, Andersonnin-D1 olarak adlandırılan antimikrobiyal aktiviteye sahip bir peptit salgıladığını keşfetti.

Ancak, bu peptit kümeler oluşturma eğilimindedir, toksik yan etki olasılığını artırır ve bakterilerle savaşmadaki etkinliğini azaltır, bu da onu klinik kullanım için uygun hale getirmez.

Doğanın Moleküllerini Geliştirmek

Yeni makalede, de la Fuente ve ortak yazarları, peptidin kimyasal yapısında küçük değişiklikler içeren bir süreç olan "yapı güdümlü tasarımın", değiştirilmemiş peptidin dezavantajları olmadan nasıl birden fazla antibiyotik adayı ortaya çıkardığını gösteriyor.

De la Fuente laboratuvarında araştırma görevlisi ve makalenin ortak yazarı Marcelo Torres, "Yapı güdümlü tasarım ile molekülün dizilimini değiştiriyoruz" diyor ve ekliyor: "Daha sonra bu mutasyonların geliştirmeye çalıştığımız işlevi nasıl etkilediğini görüyoruz."

Peptitleri Potansiyel Tedavilere Dönüştürmek

İki tur yapı güdümlü tasarımdan geçtikten sonra, araştırmacılar ortaya çıkan sentetik peptitleri bir dizi bakteriye karşı test ettiler. Klinik öncesi modellerde ekip, yeni bileşiklerin insan hücrelerini veya faydalı bağırsak bakterilerini etkilemeden zararlı bakterileri hedeflemede polimiksin B gibi son çare antibiyotikler kadar etkili olduğunu buldu.

Araştırmacılar peptitlerini yalnızca tek kültürlerde değil, aynı zamanda daha karmaşık bakteri topluluklarında da geliştirip test ettiler, bu da etkileri daha gerçekçi bir mikrobiyal ortamda ölçmelerini sağladı. De la Fuente, "Bu deneyleri kurmak çok zor çünkü aynı anda farklı bakteriler yetiştirmeniz gerekiyor" diyor. "Sürekli bir topluluğa sahip olmak için her bakterinin belirli bir oranını bulmak zorundaydık."

Eğer ek klinik öncesi testler iyi giderse, araştırmacılar peptitleri, ABD Gıda ve İlaç İdaresi'nden onay için başvurmadan önceki son adım olan Araştırma Amaçlı Yeni İlaç (IND) etkinleştirme çalışmaları için sunacaklar ve bu noktada ilaçlar klinik olarak test edilebilecek.

De la Fuente, doğanın tıbbi inovasyondaki derin potansiyelinin altını çiziyor. "Kurbağaların - ve genel olarak doğanın - antibiyotik olarak geliştirilebilecek yeni moleküllere ilham verebilecek olması bizi heyecanlandırıyor" diyor. "Mühendisliğin gücü sayesinde, bu doğal molekülleri alıp insanlık için daha faydalı bir şeye dönüştürebiliriz."

Bu çalışma Pennsylvania Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi'nde yürütülmüştür. Cesar de la Fuente-Nunez Pennsylvania Üniversitesi'nde Başkanlık Profesörlüğüne sahiptir ve Procter & Gamble Company, United Therapeutics, BBRF Genç Araştırmacı Bursu, Nemirovsky Ödülü, Penn Sağlık Teknolojisi Hızlandırıcı Ödülü, Savunma Tehdit Azaltma Ajansı hibeleri HDTRA11810041 ve HDTRA1-23-1-0001 ve Pennsylvania Üniversitesi Perelman Tıp Fakültesi Dekanlığı İnovasyon Fonu'ndan sağlanan fonlara teşekkür eder. Bu yayında bildirilen araştırma Langer Ödülü (AIChE Vakfı), NIH R35GM138201 ve DTRA HDTRA1-21-1-0014 tarafından desteklenmiştir.

Kaynak: Pennsylvania Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi