סקוטש נגד חיידקים: טוויסט חדש בלוחמה באנטיביוטיקה

חוקרים גילו מנגנון אנטיבקטריאלי חדש של פלקטסין, אנטיביוטיקה שמקורה בפטרייה. המחקר מגלה כי פלקטזין יוצר מבנים דמויי סקוטש הלוכדים רכיבים חיידקיים חיוניים, מונעים את בריחתם ומשפרים את יעילות התרופה. מנגנון זה יכול להנחות את הפיתוח של אנטיביוטיקה חדשה למלחמה בעמידות לאנטי-מיקרוביאלית.

פלקטסין, אנטיביוטיקה קטנה, משתמשת במנגנון חדשני להרוג חיידקים. הוא מתאסף ויוצר מבנה גדול שנצמד למטרה שלו על פני תא החיידק, באופן דומה לאופן שבו שני הצדדים של הסקוטש יוצרים קשר.

צוות מחקר מיפה כיצד נוצר מבנה הסקוטש. התגלית שלהם חושפת גישה חדשה שיכולה להיות בעלת השלכות רחבות על פיתוח אנטיביוטיקה למאבק בעמידות לאנטי-מיקרוביאלית. פורסם היום (23 במאי) בכתב העת המדעי מיקרוביולוגיה של הטבעאת המחקר הובילו הביולוג המבני מרקוס ויינגרת' והביוכימאי Eefjan Breukink מאוניברסיטת אוטרכט.

טכניקות מחקר חדשניות

צוות המחקר התעמק בפעילותו של פלקטסין, אנטיביוטיקה המופקת מהפטרייה Pseudoplectania nigrella. הצוות השתמש בטכניקות ביו-פיזיקליות מתקדמות, כולל NMR במצב מוצק, ובשיתוף עם Wouter Roos מחרונינגן, מיקרוסקופיה של כוח אטומי.

באופן מסורתי, אנטיביוטיקה פועלת על ידי מיקוד מולקולות ספציפיות בתוך תאי חיידקים. עם זאת, המנגנון שמאחורי פעולת הפלקטסין לא הובן במלואו עד כה. מחקרים קודמים הציעו מודל קונבנציונלי שבו פלקטסין נקשר למולקולה בשם Lipid II, חיונית לסינתזה של דופן תא חיידקים, בדומה למפתח המתאים למנעול.

מבנים דמויי סקוטש בפעולה אנטיבקטריאלית

המחקר החדש חושף תהליך מורכב יותר. פלקטסין לא מתנהג רק כמו מפתח במנעול; במקום זאת, הוא יוצר מבנים צפופים על ממברנות חיידקים המכילות ליפיד II. קומפלקסים על-מולקולריים אלו לוכדים את היעד שלהם ליפיד II, ומונעים ממנו לברוח. גם אם ליפיד II אחד משתחרר מפלקטאזין, הוא נשאר כלול בתוך מבנה הסקוטש, לא מסוגל לברוח.

וינגרת' משווה את המבנה הזה לסקוטש, שם הפלקטסין יוצר את הווים המיקרוסקופיים הנצמדים ל'לולאות' חיידקיות. בסקוטש רגיל, אם אחת הלולאות משתחררת מהקרס שלה, היא עדיין לכודה בכל המבנה. כך גם לגבי חיידקים הכלואים במבנה העל של הפלקטסין: הם יכולים להשתחרר מהקשירה של הפלקטסין, אך להישאר כלואים במבנה העל. זה מונע מהחיידקים לברוח ולגרום לזיהומים נוספים.

תפקידם של יוני סידן ביעילות הפלקטסין

יתרה מכך, החוקרים גילו שנוכחות יוני סידן מגבירה עוד יותר את הפעילות האנטי-בקטריאלית של הפלקטסין. יונים אלו מתואמים עם אזורים ספציפיים של פלקטסין, וגורמים לשינויים מבניים המשפרים משמעותית את היעילות האנטיבקטריאלית. העובדה שיונים ממלאים תפקיד קריטי בפעולת הפלקטסין התגלתה על ידי תלמידי הדוקטורט Shehrazade Miranda Jekhmane ומייק Derks, מחברי המחקר הראשונים. הם הבינו שלדגימות פלקטסין יש צבע מוזר, שרמז על נוכחות של יונים.

השלכות על פיתוח אנטיביוטי בעתיד

מרקוס ויינגרת', המחבר הראשי של המחקר, צופה שממצא זה יכול לפתוח אפיקים חדשים לפיתוח אנטיביוטיקה מעולה.

"כנראה פלקטסין אינו המועמד האידיאלי לאנטיביוטיקה בגלל חששות בטיחותיים. עם זאת, במחקר שלנו, אנו מראים ש'מנגנון הסקוטש' נראה בשימוש נרחב בקרב אנטיביוטיקה, שעד כה התעלמו ממנו. מאמצי עיצוב תרופות עתידיים לא צריכים להתמקד רק באיך לקשור מטרות, אלא גם איך תרופות יכולות להרכיב את עצמה ביעילות. בכך, המחקר שלנו סוגר פער ידע גדול שיכול להיות לו השלכות רחבות על תכנון תרופות טובות יותר כדי להילחם באיום הגובר של עמידות לאנטי-מיקרוביאלית".