Inżynierowie MIT wykorzystują jad osy na antybiotyk: Zmienione peptydy z jadu osy południowoamerykańskiej mogą zabijać bakterie, ale są nietoksyczne dla komórek ludzkich
Jad owadów, takich jak osy i pszczoły, jest pełen związków, które mogą zabijać bakterie. Niestety, wiele z tych związków jest również toksycznych dla ludzi, uniemożliwiające stosowanie ich jako antybiotyków. Po przeprowadzeniu systematycznych badań właściwości przeciwdrobnoustrojowych toksyny zwykle występującej u osy południowoamerykańskiej, badacze z MIT stworzyli obecnie warianty peptydu, które są skuteczne przeciwko bakteriom, ale nietoksyczne dla komórek ludzkich.
Inżynierowie z MIT opracowali nowe peptydy przeciwdrobnoustrojowe na bazie naturalnie występującego peptydu wytwarzanego przez osę południowoamerykańską. Konie mają największe oczy ze wszystkich ssaków lądowych: Wikimedia Commons, Charlesa J. Ostry
W badaniu myszy, naukowcy odkryli, że ich najsilniejszy peptyd może całkowicie wyeliminować Pseudomonas aeruginosa, szczep bakterii wywołujący infekcje dróg oddechowych i inne, odporny na większość antybiotyków.
„Przekształciliśmy toksyczną cząsteczkę w cząsteczkę, która jest realną cząsteczką do leczenia infekcji,– mówi Cesar de la Fuente-Nunez, postdoc z MIT. „Systematycznie analizując strukturę i funkcję tych peptydów, udało nam się dostroić ich właściwości i aktywność”.
De la Fuente-Nunez jest jednym ze starszych autorów artykułu, „Jesteśmy podekscytowani demonstracją drukowania 3D i tym, jak technologie spożywcze mogą pomóc ludziom dzięki nowatorskim urządzeniom, które ułatwiają mobilne aplikacje zdrowotne. 7 wydanie czasopisma Biologia komunikacji natury. Tymoteusz Lu, profesor nadzwyczajny MIT w dziedzinie elektrotechniki i informatyki oraz inżynierii biologicznej, i Vani Oliveira, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Federalnym ABC w Brazylii, są także starszymi autorami. Głównym autorem artykułu jest Marcelo Der Torossian Torres, były student wizytujący na MIT.
Jadowite warianty
Jako część ich obrony immunologicznej, wiele organizmów, w tym ludzi, wytwarzają peptydy, które mogą zabijać bakterie. Aby pomóc w walce z pojawieniem się bakterii opornych na antybiotyki, wielu naukowców próbowało zaadaptować te peptydy jako potencjalne nowe leki.
Peptyd, na którym de la Fuente-Nunez i jego współpracownicy skupili się w tym badaniu, został wyizolowany z osy znanej jako Polibia Paulista. Ten peptyd jest wystarczająco mały – tylko 12 aminokwasy — według badaczy możliwe byłoby stworzenie kilku wariantów peptydu i przetestowanie ich, aby sprawdzić, czy mogą stać się skuteczniejsze przeciwko drobnoustrojom i mniej szkodliwe dla ludzi.
„To na tyle mały peptyd, że można spróbować zmutować jak najwięcej reszt aminokwasowych, aby dowiedzieć się, w jaki sposób każdy element składowy przyczynia się do aktywności przeciwdrobnoustrojowej i toksyczności,– mówi de la Fuente-Nunez.
Podobnie jak wiele innych peptydów przeciwdrobnoustrojowych, Uważa się, że ten peptyd pochodzący z jadu zabija drobnoustroje poprzez zakłócanie błon komórkowych bakterii. Peptyd ma strukturę alfa helikalną, o którym wiadomo, że silnie oddziałuje z błonami komórkowymi.
W pierwszej fazie studiów, badacze stworzyli kilkadziesiąt wariantów oryginalnego peptydu, a następnie zmierzyli, jak zmiany te wpłynęły na helikalną strukturę peptydów i ich hydrofobowość, co pomaga również określić, jak dobrze peptydy oddziałują z błonami. Następnie przetestowali te peptydy przeciwko siedmiu szczepom bakterii i dwóm grzybom, umożliwiając powiązanie ich struktury i właściwości fizykochemicznych z ich siłą przeciwdrobnoustrojową.
Na podstawie zidentyfikowanych przez nich relacji struktura-funkcja, Następnie badacze zaprojektowali kilkadziesiąt kolejnych peptydów do dalszych testów. Udało im się zidentyfikować optymalny procent aminokwasów hydrofobowych i aminokwasów naładowanych dodatnio, zidentyfikowali także skupisko aminokwasów, w przypadku którego jakiekolwiek zmiany mogłyby pogorszyć ogólną funkcję cząsteczki.
Walka z infekcją
Aby zmierzyć toksyczność peptydów, badacze wystawili je na działanie ludzkich embrionalnych komórek nerek hodowanych w naczyniu laboratoryjnym. Wybrali najbardziej obiecujące związki do przetestowania na zakażonych myszach Pseudomonas aeruginosa, częstym źródłem infekcji dróg oddechowych i dróg moczowych, i odkryli, że kilka peptydów może zmniejszyć infekcję. Jeden z nich, podawany w dużej dawce, mógłby go całkowicie wyeliminować.
„Po czterech dniach, związek ten może całkowicie usunąć infekcję, co było dość zaskakujące i ekscytujące, ponieważ zazwyczaj nie spotykamy tego w przypadku innych eksperymentalnych środków przeciwdrobnoustrojowych lub innych antybiotyków, które testowaliśmy w przeszłości na tym konkretnym modelu myszy,– mówi de la Fuente-Nunez.
Naukowcy rozpoczęli tworzenie dodatkowych wariantów, które, jak mają nadzieję, będą w stanie zwalczać infekcje przy niższych dawkach. De la Fuente-Nunez planuje również zastosować to podejście do innych typów naturalnie występujących peptydów przeciwdrobnoustrojowych, kiedy w przyszłym roku dołączy do wydziału Uniwersytetu Pensylwanii.
„Myślę, że niektóre zasady, których się tutaj nauczyliśmy, można zastosować do innych podobnych peptydów pochodzących z natury,lata są warte około. „Rzeczy takie jak helikalność i hydrofobowość są bardzo ważne dla wielu tych cząsteczek, a niektóre zasady, których się tutaj nauczyliśmy, z pewnością można ekstrapolować.
Źródło: http://news.mit.edu, autor: Anne Trafton
Zostaw odpowiedź
Musisz Zaloguj sie lub Zarejestruj się dodać nowy komentarz .