Jelentős ellenállás a kórokozók elleni küzdelemben Max Planck Biofizikai Kémiai Intézet

A kutatók tisztázzák egy fontos endogén antibiotikum szerkezetét és működését

Az antibiotikumok nem csak vényre kaphatók. Saját testünk szintén hatékony anyagokat állít elő a baktériumok, gombák és vírusok kordában tartása érdekében. A göttingeni, tübingeni, edinburghi és strasbourgi kutatók nemzetközi csoportja most atomonként tisztázta a dermcidin nevű fontos endogén antibiotikum szerkezetét. A tudósok felfedezték, hogy ez egy rendkívül hatékony fegyver a tuberkulózis-kórokozók és más veszélyes támadók elleni küzdelemben. Eredményeik segíthetnek olyan új antibiotikumok kifejlesztésében, amelyek a multirezisztens baktériumok ellen is sikeresen küzdenek.
(Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájának folyóirata, 2013. február 20)

Amikor izzadságot árasztunk, annak van egy jó oldala. Nagyon hatékony antibiotikumokat oszt el a bőrön, amelyek megvédenek minket a kórokozóktól. Ha bőrünket megsérti egy karcolás, vágás vagy szúnyogcsípés, akkor a hatóanyagok, például a verejtékmirigyekben termelődő dermcidin gyorsan és hatékonyan megölik a veszélyes betolakodókat. Az ilyen úgynevezett antimikrobiális peptidek (AMP-k) egy fontos szempontból még sokkal jobbak is a közös antibiotikumoknál. A kórokozók rövid időn belül nem válhatnak ellenállóvá velük. Az AMP-k hatékonyan megakadályozzák az ellenállás kialakulását azáltal, hogy kifejezetten a kórokozó támadó Achilles-sarkát célozzák meg: Perforálják létfontosságú burokhártyájukat, és ezek nem tudják könnyen megváltoztatni a kórokozót. Az AMP-k tehát nagy potenciállal bírnak az antibiotikumok új generációjában.

1700 endogén AMP ismert

„De az ilyen hatóanyagok testreszabása érdekében először részletesen meg kell értenünk, hogy a szervezet saját antibiotikumai hogyan tudják legyőzni a kórokozókat. Bár eddig 1700 ilyen peptidet fedeztek fel, formájukról és funkciójukról nagyon keveset tudunk ”- hangsúlyozza Bert de Groot, a göttingeni Max Planck Biofizikai Kémiai Intézet„ Computational Biomolecular Dynamics ”kutatócsoportjának vezetője. Edinburgh-i (Nagy-Britannia), Tübingen, Strasbourg (Franciaország) és Göttingen munkatársaival együtt most először részletesen tisztázta, mi teszi a dermcidint valódi csodafegyverré a veszélyes kórokozók elleni küzdelemben.

A tudósok már régóta tudják, hogy a dermcidin savas-sós verejtékben hasad és így aktiválódik. Az aktív dermcidin peptid, amelyet a verejtékben található cinkionok stabilizálnak, apró csatornákat képez a kórokozó fedőmembránján keresztül, és gyakorlatilag perforálja azt. Ennek eredményeként a víz és az ionok ellenőrizetlenül áramlanak a burok membránján keresztül. A mikroorganizmusok vízmérlege és transzportfolyamata kikerül az irányítás alól, lassan elpusztulnak.

Dermcidin megtámadja a támadó achilles sarkát

A röntgenkristályográfia és a szilárdtest-NMR spektroszkópia együttes alkalmazásával Kornelius Zeth, a tübingeni Max Planck Fejlődésbiológiai Intézet és a Strasbourgi Egyetem Burkhard Bechinger vezetésével most atomról atomra meg tudták magyarázni, hogy hogyan épül fel ez a csatorna. Mint megtudták, kivételesen hosszú, áteresztő és alkalmazkodó. Így a membránfehérjék teljesen új osztályát alkotja.

Az aktív dermcidin egy olyan csatornafehérje, amelynek kivételesen nagy az ionáteresztése és alkalmazkodóképessége. Ezek a tulajdonságok hatására széles spektrumú antibiotikum.

Bert de Groot csapata összetett számítógépes szimulációk segítségével úgymond "aktívan" figyelte az aktív dermcidint. A göttingeni kutatók meglepetésére az ionok nagyon szokatlan módon lépték át a csatornát. Ulrich Zachariae vegyész elmagyarázza: „Szimulációinkban nagyon jól látható, hogy a csatorna görbe a membránban. Ennek eredményeként az ionok az „oldalsó bejáratot” is használják. Ily módon több ion léphet át egyidejűleg a csatornán. ”A szimulációk tehát magyarázatot adnak a csatorna magas ionáteresztő képességére, amelyet Claudia Steinem a göttingeni egyetemről elektrofiziológiai kísérletek során képes volt megmérni. Steinem eredményei is azt mutatják: cinkionok nélkül a csodafegyver meghibásodik. Funkcionális csatornák csak akkor alakulnak ki a membrán burkolatában, amikor a cinkionok és a dermcidin kölcsönhatásba lépnek. Ha a tudósok megakadályozták ezt a kölcsönhatást egy bizonyos építőelem mutációjával a dermcidinben (úgynevezett hisztidin-aminosav-maradék), nem jött létre ionáteresztő csatorna.

Az antibiotikumok új osztályának lehetősége

A dermcidin rendkívül változékony módon képes alkalmazkodni a különböző membrántípusokhoz is. „Ez megmagyarázhatja, hogy az aktív dermcidin miért olyan hatékony széles spektrumú antibiotikum, és képes harcolni a baktériumok és gombák ellen egyaránt. Számos ismert kórokozóval, például a tuberkulózis kórokozóval szemben működik Mycobacterium tuberculosis vagy Staphylococcus aureus“, Magyarázza de Groot. Különösen a Staphylococcus aureus egyre nagyobb fenyegetéssé válnak a kórházakban. Érzéketlenek a gyakori antibiotikumokkal szemben, ezért nehezen kezelhetők. A Robert Koch Intézet szerint 1976-ban csak két százalékuk volt Staphylococcus-Antibiotikumokkal szemben rezisztens baktériumok. 2009-re ez az arány alig 22 százalékra emelkedett. Az ezzel a kórokozóval történő fertőzések életveszélyes betegségekhez vezethetnek, például vérmérgezéshez és tüdőgyulladáshoz. A nemzetközi kutatócsoport reméli, hogy eredményeik egy új antibiotikum-osztály kifejlesztéséhez vezetnek, amely sikeresen képes leküzdeni az ilyen veszélyes kórokozókat. (cr)