Antibiotikaresistente Bakterien sind zu einer schnell wachsenden Bedrohung für die öffentliche Gesundheit geworden. Nach Angaben der US-amerikanischen Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten sind sie jedes Jahr für mehr als 2,8 Millionen Infektionen verantwortlich. Ohne neue Antibiotika können selbst häufige Verletzungen und Infektionen tödlich enden.
Wissenschaftler sind der Beseitigung dieser Bedrohung nun einen Schritt näher gekommen, dank einer von der Texas A&M University geleiteten Zusammenarbeit, die eine neue Familie von Polymeren entwickelt hat, die in der Lage sind, Bakterien abzutöten, ohne eine Antibiotikaresistenz auszulösen, indem sie die Membran dieser Mikroorganismen zerstören.
„Die neuen Polymere, die wir synthetisiert haben, könnten in Zukunft zur Bekämpfung der Antibiotikaresistenz beitragen, indem sie antibakterielle Moleküle bereitstellen, die über einen Mechanismus wirken, gegen den Bakterien offenbar keine Resistenz entwickeln“, sagte Dr. Quentin Michaudel, Assistenzprofessor am Fachbereich Chemie und Leiter Ermittler in der Forschung, veröffentlicht am 11. Dezember in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (PNAS).
Das Michaudel-Labor arbeitete an der Schnittstelle zwischen organischer Chemie und Polymerwissenschaft und konnte das neue Polymer synthetisieren, indem es sorgfältig ein positiv geladenes Molekül entwarf, das viele Male zusammengefügt werden kann, um ein großes Molekül zu bilden, das aus dem gleichen sich wiederholenden geladenen Motiv besteht, wobei ein sorgfältig ausgewähltes Muster verwendet wird Katalysator namens AquaMet. Laut Michaudel erweist sich dieser Katalysator als entscheidend, da er eine hohe Ladungskonzentration vertragen und außerdem wasserlöslich sein muss –; ein Merkmal, das er für diese Art von Prozess als ungewöhnlich beschreibt.
Nach dem Erfolg testete das Michaudel Lab seine Polymere gegen zwei Haupttypen antibiotikaresistenter Bakterien: E. coli und Staphylococcus aureus (MRSA) -; in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Dr. Jessica Schiffman an der University of Massachusetts Amherst. Während sie auf diese Ergebnisse warteten, testeten die Forscher auch die Toxizität ihrer Polymere gegenüber menschlichen roten Blutkörperchen.
Ein häufiges Problem bei antibakteriellen Polymeren ist die mangelnde Selektivität zwischen Bakterien und menschlichen Zellen beim Angriff auf die Zellmembran. Der Schlüssel liegt darin, das richtige Gleichgewicht zwischen der wirksamen Hemmung des Bakterienwachstums und der wahllosen Abtötung mehrerer Zelltypen zu finden.“
Dr. Quentin Michaudel, Assistenzprofessor, Fachbereich Chemie, Texas A&M University und leitender Forscher
Michaudel nennt den multidisziplinären Charakter wissenschaftlicher Innovation und die Großzügigkeit engagierter Forscher auf dem gesamten Texas A&M-Campus und im ganzen Land als Faktoren für den Erfolg seines Teams bei der Bestimmung des perfekten Katalysators für den Molekülaufbau.
„Die Entwicklung dieses Projekts dauerte mehrere Jahre und wäre ohne die Hilfe mehrerer Gruppen zusätzlich zu unseren UMass-Mitarbeitern nicht möglich gewesen“, sagte Michaudel. „Zum Beispiel mussten wir einige Proben an das Letteri-Labor der University of Virginia schicken, um die Länge unserer Polymere zu bestimmen, was den Einsatz eines Instruments erforderte, über das nur wenige Labore im Land verfügen. Wir sind auch sehr dankbar dafür.“ [biochemistry Ph.D. candidate] Nathan Williams und Dr. Jean-Philippe Pellois hier bei Texas A&M, die ihr Fachwissen bei unserer Bewertung der Toxizität gegenüber roten Blutkörperchen zur Verfügung gestellt haben.“
Michaudel sagt, das Team werde sich nun darauf konzentrieren, die Aktivität seiner Polymere gegen Bakterien zu verbessern –; insbesondere ihre Selektivität für Bakterienzellen gegenüber menschlichen Zellen –; bevor es weitergeht in vivo Untersuchungen.
„Wir sind dabei, eine Vielzahl von Analoga mit diesem spannenden Ziel vor Augen zu synthetisieren“, sagte er.
Der Artikel des Teams, in dem Michaudel Lab-Mitglied und Chemie-Ph.D. von Texas A&M vorgestellt werden. Absolventin Dr. Sarah Hancock '23 als Erstautorin, kann online zusammen mit zugehörigen Abbildungen und Bildunterschriften eingesehen werden. Weitere wichtige Mitwirkende des Michaudel Lab sind der Chemie-Doktorand An Tran '23, der Postdoktorand Dr. Arunava Maity und der ehemalige Postdoktorand Dr. Nattawut Yuntawattana, der jetzt Assistenzprofessor für Materialwissenschaften an der Kasetsart-Universität in Thailand ist.
Diese Forschung wurde hauptsächlich durch Michaudels National Institutes of Health Maximizing Investigators' Research Award (MIRA) durch das National Institute of General Medical Sciences finanziert.
Der aus La Rochelle, Frankreich, stammende Michaudel trat 2018 der Texas A&M Chemistry-Fakultät bei und hat eine gemeinsame Anstellung im Department of Materials Science and Engineering inne. Zu seinen bisherigen beruflichen Auszeichnungen gehören neben einem NIH MIRA im Jahr 2020 ein 2022 National Science Foundation Faculty Early Career Development (CAREER) Award, ein 2022 American Chemical Society Polymeric Materials: Science and Engineering (PMSE) Young Investigator Award und ein Thieme 2021 Preis für Chemiezeitschriften.
Quelle:
Zeitschriftenreferenz:
Hancock, S., et al. (2023). Ringöffnende Metathesepolymerisation von N -Methylpyridinium-kondensierte Norbornene für den Zugang zu antibakteriellen kationischen Hauptkettenpolymeren. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2311396120.
