Die Antibiotika zerstören die Gene weit verbreitet in Bakterien im Boden und auf den Menschen

Die neueste generation der tetracycline – eine Klasse von leistungsstarken, first-line-Antibiotika – wurde entworfen, um zu vereiteln, die zwei häufigsten Arten von Bakterien, die gegen eine solche Drogen. Aber eine neue Studie von Forschern an der Washington University in St. Louis und die Nationalen Institute der Gesundheit (NIH) hat festgestellt, dass Gene repräsentiert noch eine andere Methode des Widerstands sind weit verbreitet in Bakterien, die Leben in der Erde und auf den Menschen. Einige dieser Gene übertragen die macht, alles zu zerstören, tetracycline, einschließlich der neuesten generation von Antibiotika.

Jedoch, die Forscher erstellt haben, eine Chemische Verbindung, die Schilde tetracycline vor der Zerstörung. Wenn die Chemische Substanz wurde in Kombination mit Tetracyclinen als Teil der neuen Studie, die Antibiotika “ tödliche Wirkungen wurden restauriert.

Die Erkenntnisse, online verfügbar in der Kommunikation Biologie weisen auf eine neue Bedrohung zu einer der am häufigsten verwendeten Klassen von Antibiotika, aber auch eine vielversprechende Möglichkeit zum Schutz gegen diese Bedrohung.

„Wir haben zuerst gefunden Tetracyclin-zerstörte Gene, die vor fünf Jahren in Harmlose Bakterien aus der Umwelt, und wir sagten damals, es war ein Risiko, die Gene könnten in Bakterien, die Krankheiten verursachen, was zu Infektionen, die sehr schwer zu behandeln“, sagte co-senior-Autor Gautam Dantas, PhD, ein professor der Pathologie und der Immunologie und der molekularen Mikrobiologie an der Washington University School of Medicine in St. Louis. “Sobald wir anfingen, auf der Suche nach diesen Genen in klinischen Proben, fanden wir Sie sofort. Die Tatsache, dass wir waren in der Lage, Sie zu finden, so schnell erzählt mir, dass diese Gene sind weiter verbreitet, als wir dachten. Es ist nicht mehr eine theoretische Gefahr, dass dies ein problem in der Klinik. Es ist schon ein problem.“

Im Jahr 2015, Dantas, auch ein professor für biomedizinische Technik, und Timothy Wencewicz, PhD, associate professor der Chemie in den Künsten & Sciences an der Washington University, entdeckte 10 verschiedene Gene, die jeder von uns hat Bakterien die Fähigkeit zu würfeln, bis der giftige Teil der Tetracyclin-Molekül, wodurch die Inaktivierung der Droge. Diese Gene Kodieren für Proteine, die Forscher genannt tetracycline destructases.

Aber Sie wussten nicht, wie weit verbreitet solche Gene waren. Finden Sie heraus, Dantas und ersten Autor Andrew Gasparrini, PhD – dann ein student im Aufbaustudium in Dantas‘ lab – abgeschirmt 53 Boden, 176 menschliche Hocker, zwei Tier-Kot, – und 13 latrine Beispiele für Gene, die ähnlich zu der 10 die Sie eh schon gefunden. Die Umfrage ergab 69 weitere mögliche Tetracyclin-destructase Gene.

Dann werden Sie geklont einige der Gene in E.-coli – Bakterien, die keine Resistenz gegen tetracycline und getestet, ob die gentechnisch veränderten Bakterien überlebten die Exposition gegenüber Drogen. E. coli empfangen hatte, soll destructase Gene von Bodenbakterien inaktiviert einige der tetracycline. E. coli empfangen hatte Gene von Bakterien im Zusammenhang mit der Menschen zerstört alle 11 tetracycline.

„Die furchtsame Sache ist, dass einer der tetracycline destructases fanden wir in der human-assoziierte Bakterien – Tet(X7) – möglicherweise haben sich aus einer angestammten destructase Bakterien im Boden, aber es hat ein breiteres Spektrum und mehr Effizienz“, sagte Wencewicz, wer ist der co-senior-Autor auf der neuen Studie. “Normalerweise gibt es einen trade-off zwischen dem, wie breit ein Enzym ist und wie effizient es ist. Aber Tet(X7) verwaltet breit und effizient, und das ist eine potenziell tödliche Kombination.“

In dem ersten Bildschirm, die Forscher gefunden hatte, Tetracyclin-destructase Gene, die nur in Bakterien nicht bekannt, verursachen Krankheit in den Menschen. Um herauszufinden, ob krankheitsverursachende Arten auch solche Gene, die Wissenschaftler gescannt die genetischen Sequenzen von klinischen Proben Dantas hatte im Laufe der Jahre gesammelt. Sie fanden Tet(X7) in ein Bakterium, das verursacht hatte ein Lungen-Infektion und sandte einen Mann auf der Intensivstation in Pakistan im Jahr 2016.

Tetracycline haben schon seit den 1940er Jahren. Sie sind eine der am häufigsten verwendeten Klassen von Antibiotika, verwendet für Erkrankungen reichen von Lungenentzündung, Haut-oder Harnwegsinfektionen, zu Magengeschwüren, sowie in der Landwirtschaft und in der Aquakultur. In den letzten Jahrzehnten -, Montage-Antibiotika-Resistenz getrieben hat Pharma-Unternehmen verbringen Hunderte von Millionen von Dollar in die Entwicklung einer neuen generation von Tetracyclinen, die unempfindlich auf die zwei gängigsten Widerstands-Strategien: Ausweisung Drogen aus der bakteriellen Zelle, bevor Sie Schaden können, und die Anreicherung gefährdeten Teile der bakteriellen Zelle.

Das entstehen einer Dritten Methode von Antibiotika-Resistenzen bei krankheitsverursachenden Bakterien könnte die Katastrophe für die öffentliche Gesundheit. Um besser zu verstehen, wie Tet(X7) arbeitet, co-senior-Autor Niraj Tolia, PhD, senior investigator am Nationalen Institut der Allergie und Infektionskrankheiten am NIH, und co-Autor Hirdesh Kumar, PhD, ein Postdoc-Forscher in Tolia ‚ s lab, gelöst die Struktur des proteins.

„Ich habe festgestellt, dass Tet(X7) ist sehr ähnlich zu bekannten Strukturen, sondern viel mehr aktiv, und wir wissen nicht wirklich warum, da das Teil, welches das Tetracyclin-Ringe ist die gleiche,“ Kumar sagte. “Ich bin jetzt eine molecular-dynamics-Ansatz, so dass wir sehen können, das protein in Aktion. Wenn wir verstehen können, warum es so effizient ist, können wir design-noch besser-Hemmer.“

Wencewicz und Kollegen, die zuvor eine Chemische Verbindung, die die Beibehaltung der Wirksamkeit von Tetracyclinen, indem verhindert destructases von kauen bis die Antibiotika. In der jüngsten Studie, co-Autorin Jana L. Markley, PhD, ein Postdoc-Forscher in Wencewicz lab, bewertet, dass der inhibitor gegen das Bakterium von Patienten in Pakistan und seine starke Tet(X7) destructase. Hinzufügen der Verbindung gemacht, die Bakterien zwei bis vier mal mehr empfindlich auf alle drei der neuesten generation der tetracycline.

„Unser team hat ein motto erweitern die weisen Worte von Benjamin Franklin:“ In dieser Welt kann nichts gesagt, sicher zu sein, außer Tod, Steuern und Antibiotikaresistenz'“ Wencewicz sagte. “Antibiotika-Resistenz-geschehen wird. Wir brauchen, um weiterzukommen von it-und design-Inhibitoren, jetzt zum Schutz unserer Antibiotika, denn wenn wir warten, bis es zu einer Krise, ist es zu spät.“