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Wissenschaftler schwächen Superbugs, indem sie ihren Stoffwechsel stören

Durch die Störung ihres Zellstoffwechsels haben Wissenschaftler in den USA in diesem Fall einen Weg gefunden, antibiotikaresistente Bakterien zu schwächen E coli, so dass sie wieder für bestehende Antibiotika anfällig sind.
Die Forscher vom Wyss Institute an der Harvard University und der Boston University beschreiben, wie sie diese besondere Schlacht im Krieg gegen Superbugs gewonnen haben, mit Waffen wie ausgefeilter Computermodellierung und Biotechnologie, in einem Artikel, der online veröffentlicht wurde Natur Biotechnologie im Januar.
Der leitende Autor Jim Collins, Pionier der synthetischen Biologie und Leiter des Zentrums für BioDynamik an der Boston University, sagte in einer am Montag veröffentlichten Erklärung:
"Wir brauchen dringend neue Strategien, um unser Arsenal an Antibiotika zu stärken."
Er verweist auf die Antibiotikakrise, die durch das erneute Bewusstsein, dass uns die Medikamente zur Behandlung der sich entwickelnden Superbakterien ausgehen, auf den Kopf gestellt wurde.
"Mit den wenigen neuen Antibiotika in der Pipeline finden wir neue Wege, bestimmte Aspekte der bakteriellen Physiologie zu nutzen und zu nutzen", sagt Collins, der auch William F. Warren Distinguished Professor in Boston ist.

ROS-Produktion

Collins und Kollegen zielten auf ein wenig verstandenes, aber wichtiges Gebiet des Bakterienstoffwechsels, bekannt als "reaktive Sauerstoffspezies" oder ROS-Produktion.
ROS sind normale Nebenprodukte des Stoffwechsels, eine Reihe chemischer Reaktionen, die Zellen am Leben erhalten, ihnen erlauben, zu wachsen, sich zu vermehren, sich selbst zu erhalten und auf ihre Umwelt zu reagieren.
ROS umfassen Moleküle wie Superoxid und Wasserstoffperoxid, denen Bakterien normalerweise gewachsen sind. Aber oberhalb bestimmter Werte können ROS-Moleküle Bakterien ernsthaft schädigen und sogar töten.
In früheren Arbeiten hatten Collins und sein Team bereits festgestellt, dass dies so ist wie Antibiotika Bakterien abtöten: Sie erhöhen die ROS-Produktion in der Bakterienzelle, wodurch der Virus sich selbst vergiftet.

Computermodelle von E coli Stoffwechsel

Aber es war nicht genau klar, wie E. Colli produziert ROS. Also beschlossen Collins und sein Team, einige sophistische Computermodelle zu untersuchen.
Sie hatten bereits ein Computermodell, das das aktuelle Verständnis von E coli Stoffwechsel, Simulation einiger der grundlegenden chemischen Reaktionen beteiligt.

Also fingen sie an, dieses "System-Level" -Modell um Hunderte von Reaktionen zu erweitern, von denen bekannt ist, dass sie die Produktion von ROS erhöhen.
Mit akribischer Präzision löschten sie verschiedene Gene, um zu sehen, welche an der ROS-Produktion beteiligt waren, und führten Tausende von Computersimulationen durch, bevor sie schließlich einige vermutete Ziele identifizierten.
Sie validierten das Modell im Labor und fanden das Labor Experimente bestätigten 80% bis 90% von dem, was sie in den Computersimulationen vorhergesagt hatten.

Zunehmende ROS-Produktion in der Bakterienzelle machte es für Antibiotikaangriff empfindlicher

Der nächste Schritt der Herausforderung bestand darin, die Ergebnisse der in silico experimentieren Sie in echten lebenden Bakterienzellen. Würde die ROS - Produktion in der E coli Zellen, machen es anfälliger für den Tod durch oxidative, dh Antibiotika, Angriff?
Sie haben es gefunden.
Die Forscher löschten eine Reihe von Genen, um die ROS-Produktion in den Zellen zu beschleunigen, sie fügten verschiedene Antibiotika und andere Biozide oder Insektenvernichter wie Bleichmittel hinzu (was auch die ROS-Produktion erhöht), und sie fanden das E coli Zellen starben mit einer viel höheren Rate als Zellen, die die deletierten Gene behielten.

"Diese Arbeit etabliert eine systembasierte Methode zur Feinabstimmung der ROS-Produktion in Bakterien und zeigt, dass eine erhöhte mikrobielle ROS-Produktion die Abtötung durch Oxidantien und Antibiotika verstärken kann", schreiben sie.
Mit anderen Worten, durch Störung des Metabolismus von E coli Zellen hatten die Wissenschaftler den Antibiotika und Bioziden das Töten erleichtert.

Auswirkungen und nächster Schritt

Don Ingber, Gründungsdirektor des Wyss-Instituts, sagt:
"Es gibt kein Wundermittel für die globale Gesundheitskrise, die wir in Bezug auf Antibiotika-resistente Bakterien erleben."
Aber er sagt, dass es "enorme Hoffnung" in den Methoden der systembiologischen Methoden gibt, die Collins und sein Team vorantreiben.
Das Team plant nun molekulare Screening-Technologien, um spezifische Moleküle zu finden, die die ROS-Produktion steigern.
Sie glauben, dass ihr Ansatz auch dazu beitragen wird, Schlachten gegen andere Bakterien, wie die Mykobakterien, die für Tuberkulose, eine potenziell tödliche Lungenerkrankung, verantwortlich sind, zu gewinnen.
Mittel aus dem Wyss-Institut für biologisch inspiriertes Ingenieurwesen an der Harvard University, dem Pioneer Award-Programm des National Institute of Health Directors und dem Howard Hughes Medical Institute tragen zur Finanzierung der Forschung des Teams bei.
Geschrieben von Catharine Paddock

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