A WHO előrejelzése szerint 2050-re a hagyományos antibiotikumoknak ellenálló mikroorganizmusok miatt kialakuló fertőzések vezető halálokká válhatnak. Az ellenük való küzdelemhez új típusú, egyedi hatásmódú vegyületekre van szükség. A HUN-REN Természettudományi Kutatóközpont (HUN-REN TTK) kutatói a közelmúltban egy lehetséges, biztató irányról számoltak be a rangos Nature Communications folyóirat hasábjain megjelent tanulmányukban.
Nem véletlenül kerültek a kutatók vizsgálódásainak kereszttüzébe a hagyományos antibiotikumnak ellenálló szuperbaktériumok: már a WHO első, 2020-as átfogó elemzése kimutatta, hogy a rezisztens baktériumok 1,27 millió halálesetet okoztak 2019-ben, és sajnos ez a szám évről évre sokszorozódik. Az egyik út a szuperbaktériumokkal vívott küzdelemben az úgynevezett fágterápia, amikor vírussal ölik meg azokat. Ilyen irányú kutatásokat végeznek például a HUN-REN Szegedi Biológiai Kutatóközpontban. A másik ígéretes lehetőség pedig a teljesen új hatásmechanizmusú antibiotikumok kifejlesztése.
„A baktériumok kissejtű rendszerei elképesztően adaptívak, olykor egy komplett kolónia épül fel egyetlen éjszaka alatt. Sőt, a legfrissebb kutatások szerint bizonyos baktériumok a halálukkor nanométeres nagyságú „riasztógömböket” választanak ki magukból, így átadva a túléléshez szükséges tudást társaiknak. Ez a hihetetlen alkalmazkodóképesség is azt vetíti előre, hogy több irányból kell felvenni a harcot a szuperbaktériumokkal – mondta el honlapunknak Beke-Somfai Tamás, a HUN-REN TTK Biomolekuláris Önrendeződés Kutatócsoportjának vezetője, akit az új felfedezésről kérdeztünk.
„Saját szervezetünkben is vannak természetes alapú peptidek, ezeket antimikrobiális peptideknek hívjuk. Mi olyan szupramolekuláris szerkezeteket – tulajdonképpen új antibiotikumot – terveztünk, amelyek ötvözik ezeknek a természetes peptideknek a baktériumölő mechanizmusait a nem természetes vegyületek kedvező biostabilitásával” – foglalta össze a lényeget Beke-Somfai Tamás. A kutatók eddig nem tudták igazán megfigyelni, „miként támadnak” a peptidek, a magyaroknak viszont most – transzmissziós, illetve krio-elektronmikroszkóp segítségével – sikerült végigkövetniük, hogyan rendeződnek ezek szupramolekuláris szerkezetekbe a baktériumsejtek felszínén.
- Egy különleges elektronmikroszkóp
-
A biomolekulák kutatásához használt krio-elektronmikroszkóp (cryo-EM) megalkotásáért 2017-ben kapott Nobel-díjat Jacques Dubochet, Joachim Frank és Richard Henderson. Ezek a mikroszkópok betekintést engednek a nagy méretű, akár tízezer atomot tömörítő makromolekulák térszerkezetének csodálatos világába. Segítségükkel a kutatók még több információt kaphatnak élettani szempontból fontos molekulákról, fehérjékről.
„A felvételek szerint a képződő lamellák – mintha kések lennének – belenőnek a sejtfalba és behatolnak a baktérium belsejébe. A sejtfal átszúrása szivárgást okoz, ami végül a baktérium pusztulásához vezet. A képanalízis azt is megmutatta, hogy a baktériumsejtbe behatoló lamellákból meglepően kevés is elegendő a sejtfalkárosító hatáshoz. Ráadásul a tesztek alapján a peptidek a baktériumok növekedését már rendkívül kis koncentrációban gátolják” – foglalta össze az eredményeket a kutatócsoport vezetője.
A mikroszkópos képek és molekuladinamikai szimulációk megerősítették, hogy a peptidalapú lamellák képződése a foszfátcsoportokkal való kölcsönhatáson alapul: már egyszerű szervetlen foszfátionok jelenlétében is olyan sávos lamelláris morfológiák alakulnak ki, amelyekben az egyes sávok két-két peptidrétegből épülnek fel, melyeket foszfátionok kötnek össze és hidrogénkötések stabilizálnak.
A HUN-REN TTK kutatóinak munkája több szempontból is innovációnak számít: egyrészt sikeresen terveztek egy olyan peptidalapú antibiotikumot, amely célzottan a baktériumsejtekhez kötődve, in situ aktiválódik, másrészt nekik sikerült először közvetlen vizuális betekintést nyerni a baktériumölő peptidek működésébe.
A peptidlamellák (sárga csíkok) a baktériumok felszínén alakulnak ki és roncsolják a sejtfalat (OM és IM), ahogy belenőnek (balra). A peptidalapú szupramolukulák molekuláris szerkezete (jobbra).
(szerző: Házi Péter)