Ingenieure nutzen, wespengift, wie ein Antibiotikum Medikament

Das Gift von Insekten wie Wespen und Bienen ist voll von verbindungen, die Bakterien abtöten. Leider, viele dieser verbindungen sind auch für den Menschen toxisch, weshalb es unmöglich ist, Sie zu verwenden, wie Antibiotika.

Nach der Durchführung einer systematischen Studie über die antimikrobiellen Eigenschaften des toxins, die in der Regel in einem südamerikanischen Wespe, Forscher am MIT haben nun erstellt Varianten des Peptid, das sind potente gegen Bakterien, aber nicht toxisch auf menschliche Zellen.

In einer Studie mit Mäusen, die Forscher fanden heraus, dass die stärkste Peptid konnte vollständig zu beseitigen, Pseudomonas aeruginosa, ein Stamm von Bakterien, die verursacht Atemwegs-und andere Infektionen und ist resistent gegen die meisten Antibiotika.

„Wir haben repurposed einen toxischen Molekül in eine, die eine tragfähige Molekül zur Behandlung von Infektionen,“ sagt Cesar de la Fuente-Nunez, ein MIT-postdoc. „Durch die systematische Analyse der Struktur und Funktion dieser Peptide, konnten wir eine Optimierung Ihrer Eigenschaften und Aktivitäten.“

De la Fuente-Nunez ist einer der leitenden Autoren des Papiers, das wird im Dez. 7 Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature Communications“ die Biologie. Timothy Lu, MIT-associate professor of electrical engineering und computer science und biologische engineering, und Vani Oliveira, außerordentlicher professor an der Federal University of ABC in Brasilien, werden auch die senior-Autoren. Das Papier der führende Autor ist Marcelo Der Torossian Torres, ein ehemaliger visiting student am MIT.

Giftige Varianten

Als Teil Ihrer Abwehrkräfte, viele Organismen, einschließlich des Menschen, produzieren Peptide können Bakterien abtöten. Für den Kampf gegen die Entstehung von Antibiotika-resistenten Bakterien, viele Wissenschaftler haben versucht, die Anpassung dieser Peptide, die als potenzielle neue Medikamente.

Das Peptid, dass de la Fuente-Nunez und seine Kollegen konzentrierten sich auf die in dieser Studie isoliert wurde von einer Wespe bekannt als Polybia paulista. Dieses Peptid ist klein genug-nur 12 Aminosäuren -, dass die Forscher glaubten, es wäre möglich, einige Varianten des Peptids und zu testen, um zu sehen, ob Sie dadurch stärker gegen Mikroben und weniger schädlich für den Menschen.

„Es ist ein ziemlich kleines Peptid, dass Sie versuchen, zu mutieren, wie viele Aminosäurereste wie möglich, um zu versuchen, um herauszufinden, wie jeder Baustein trägt zur antimikrobiellen Aktivität und Toxizität“, so de la Fuente-Nunez sagt.

Wie viele andere antimikrobielle Peptide, diese Gift-abgeleitete Peptid wird geglaubt, um zu töten Mikroben stören die bakterielle Zellmembranen. Das Peptid hat eine alpha-helikale Struktur, die bekannt ist, zu interagieren stark mit Zellmembranen.

In der ersten phase Ihrer Studie, die Forscher erstellt ein paar Dutzend Varianten des ursprünglichen Peptid und dann gemessen, wie diese Veränderungen wirkten sich auch auf die Peptide‘ spiralige Struktur und Ihrer Hydrophobie, die auch hilft, um festzustellen, wie gut die Peptide interagieren mit Membranen. Dann testeten diese Peptide gegen sieben Stämme von Bakterien und zwei der Pilze, wodurch es möglich ist, zu korrelieren, Ihrer Struktur und Ihrem physikalisch-chemischen Eigenschaften, die mit Ihrer antimikrobiellen Potenz.

Basierend auf dem Struktur-Funktions-Beziehungen, Sie identifizierten die Forscher dann ein paar Dutzend Peptide für weitere Tests. Sie waren in der Lage zu identifizieren, die optimalen Prozentsätze von hydrophoben Aminosäuren und den positiv geladenen Aminosäuren, und identifizierten Sie auch ein cluster von Aminosäuren, in dem alle änderungen beeinträchtigt die Allgemeine Funktion des Moleküls.

Bekämpfung der Infektion

Zur Messung der Peptide, die Toxizität, die Forscher ausgesetzt, die Sie auf menschliche embryonale Nieren-Zellen, gezüchtet in einem Labor Gericht. Sie wählte die vielversprechendsten verbindungen zu testen, die in Mäusen infiziert mit Pseudomonas aeruginosa, eine häufige Ursache von Atemwegs-und Harnwegsinfektionen, und gefunden, dass einige der Peptide, die Verringerung der Infektion. Einer von Ihnen, gegeben bei einer hohen Dosis, könnte beseitigen es vollständig.

„Nach vier Tagen, dass die Verbindung komplett zu löschen, die Infektion, und das war ziemlich überraschend und spannend, weil wir normalerweise nicht sehen, die mit anderen experimentellen Antibiotika oder andere Antibiotika, die wir getestet haben in der Vergangenheit mit diesem Maus-Modell“, so de la Fuente-Nunez sagt.

Die Forscher haben damit begonnen, die Erstellung von zusätzlichen Varianten, die Sie hoffen, dass Sie in der Lage sein, klar zu Infektionen bei niedrigeren Dosen. De la Fuente-Nunez plant, auch die Anwendung dieses Ansatzes auf andere Arten natürlich vorkommender antimikrobieller Peptide, als er in die Fakultät der Universität von Pennsylvania im nächsten Jahr.

„Ich glaube, dass einige der Prinzipien, die wir hier gelernt haben, können anwendbar sein, um andere ähnliche Peptide, die abgeleitet sind aus der Natur“, sagt er. „Dinge wie helicity und Hydrophobie sind sehr wichtig für viele dieser Moleküle, und einige der Regeln, die wir hier gelernt haben kann auf jeden Fall extrapoliert werden.“

Finanziert wurde die Forschung zum Teil durch den Ramon Areces Stiftung und die Defense Threat Reduction Agency.