MIT-Ingenieure verwenden Wespengift als antibiotisches Medikament: Veränderte Peptide aus dem Gift einer südamerikanischen Wespe können Bakterien abtöten, sind aber für menschliche Zellen ungiftig

Das Gift von Insekten wie Wespen und Bienen ist voller Verbindungen, die Bakterien abtöten können. Unglücklicherweise, Viele dieser Verbindungen sind auch für den Menschen giftig, was es unmöglich macht, sie als Antibiotika zu verwenden. Nach Durchführung einer systematischen Untersuchung der antimikrobiellen Eigenschaften eines Toxins, das normalerweise in einer südamerikanischen Wespe vorkommt, Forscher am MIT haben nun Varianten des Peptids entwickelt, die wirksam gegen Bakterien, aber nicht toxisch für menschliche Zellen sind.

MIT-Ingenieure haben neue antimikrobielle Peptide entwickelt, die auf einem natürlich vorkommenden Peptid basieren, das von einer südamerikanischen Wespe produziert wird. Bild: Wikimedia Commons, Karl J. Scharf

In einer Studie an Mäusen, die Forscher fanden heraus, dass sie ihr stärkstes Peptid vollständig eliminieren konnten Pseudomonas aeruginosa, ein Bakterienstamm, der Atemwegsinfektionen und andere Infektionen verursacht und gegen die meisten Antibiotika resistent ist.

„Wir haben ein toxisches Molekül in ein brauchbares Molekül zur Behandlung von Infektionen umfunktioniert,sagt Cesar de la Fuente-Nunez, ein MIT Postdoc. „Durch die systematische Analyse der Struktur und Funktion dieser Peptide, Wir konnten ihre Eigenschaften und Aktivitäten optimieren.“

De la Fuente-Nunez ist einer der leitenden Autoren des Papiers, die erscheint im Dezember. 7 Ausgabe der Zeitschrift Naturkommunikationsbiologie. Timotheus Lu, ein außerordentlicher MIT-Professor für Elektrotechnik und Informatik sowie für Bioingenieurwesen, und Vani Oliveira, außerordentlicher Professor an der Federal University of ABC in Brasilien, sind ebenfalls Seniorautoren. Der Hauptautor des Papiers ist Marcelo Der Torossian Torres, ein ehemaliger Gaststudent am MIT.

Giftige Varianten

Als Teil ihrer Immunabwehr, viele Organismen, einschließlich der Menschen, produzieren Peptide, die Bakterien abtöten können. Zur Bekämpfung der Entstehung antibiotikaresistenter Bakterien, Viele Wissenschaftler haben versucht, diese Peptide als potenzielle neue Medikamente anzupassen.

Das Peptid, auf das sich de la Fuente-Nunez und seine Kollegen in dieser Studie konzentrierten, wurde aus einer Wespe namens isoliert polybia paulista. Dieses Peptid ist klein genug – nur 12 Aminosäuren – von denen die Forscher glaubten, dass es machbar wäre, einige Varianten des Peptids herzustellen und sie zu testen, um zu sehen, ob sie möglicherweise wirksamer gegen Mikroben und weniger schädlich für den Menschen werden.

„Es ist ein Peptid, das so klein ist, dass man versuchen kann, so viele Aminosäurereste wie möglich zu mutieren, um herauszufinden, wie jeder Baustein zur antimikrobiellen Aktivität und Toxizität beiträgt,de la Fuente-Nunez sagt.

Wie viele andere antimikrobielle Peptide, Es wird angenommen, dass dieses aus Gift stammende Peptid Mikroben abtötet, indem es bakterielle Zellmembranen zerstört. Das Peptid hat eine alphahelikale Struktur, von dem bekannt ist, dass es stark mit Zellmembranen interagiert.

In der ersten Phase ihres Studiums, Die Forscher erstellten ein paar Dutzend Varianten des ursprünglichen Peptids und maßen dann, wie sich diese Änderungen auf die helikale Struktur der Peptide und ihre Hydrophobie auswirkten, Dies hilft auch zu bestimmen, wie gut die Peptide mit Membranen interagieren. Anschließend testeten sie diese Peptide gegen sieben Bakterienstämme und zwei Pilzstämme, wodurch es möglich wird, ihre Struktur und physikalisch-chemischen Eigenschaften mit ihrer antimikrobiellen Potenz zu korrelieren.

Basierend auf den identifizierten Struktur-Funktions-Beziehungen, Die Forscher entwarfen dann weitere einige Dutzend Peptide für weitere Tests. Sie waren in der Lage, optimale Prozentsätze von hydrophoben Aminosäuren und positiv geladenen Aminosäuren zu identifizieren, und sie identifizierten auch eine Gruppe von Aminosäuren, bei denen jede Änderung die Gesamtfunktion des Moleküls beeinträchtigen würde.

Infektion bekämpfen

Um die Toxizität der Peptide zu messen, Die Forscher setzten sie menschlichen embryonalen Nierenzellen aus, die in einer Laborschale gezüchtet wurden. Sie wählten die vielversprechendsten Verbindungen aus, um sie an infizierten Mäusen zu testen Pseudomonas aeruginosa, eine häufige Quelle von Atemwegs- und Harnwegsinfektionen, und fanden heraus, dass mehrere der Peptide die Infektion reduzieren konnten. Einer von ihnen, in hoher Dosis gegeben, konnte es komplett eliminieren.

„Nach vier Tagen, diese Verbindung kann die Infektion vollständig beseitigen, und das war ziemlich überraschend und aufregend, denn das sehen wir normalerweise nicht bei anderen experimentellen antimikrobiellen Mitteln oder anderen Antibiotika, die wir in der Vergangenheit mit diesem speziellen Mausmodell getestet haben,de la Fuente-Nunez sagt.

Die Forscher haben damit begonnen, zusätzliche Varianten zu entwickeln, von denen sie hoffen, dass sie Infektionen bei niedrigeren Dosen beseitigen können. De la Fuente-Nunez plant, diesen Ansatz auch auf andere Arten von natürlich vorkommenden antimikrobiellen Peptiden anzuwenden, wenn er nächstes Jahr an die Fakultät der University of Pennsylvania wechselt.

„Ich denke, dass einige der Prinzipien, die wir hier gelernt haben, auf andere ähnliche Peptide anwendbar sind, die aus der Natur stammen," er sagt. „Dinge wie Helizität und Hydrophobie sind für viele dieser Moleküle sehr wichtig, und einige der Regeln, die wir hier gelernt haben, können definitiv extrapoliert werden.“

Quelle: http://news.mit.edu, von Anne Trafton