Η νέα δοκιμή υψηλής ταχύτητας δείχνει πώς τα αντιβιοτικά συνδυάζονται για να σκοτώσουν τα βακτηρίδια
Σε αυτά τα εξαιρετικά γρήγορα χρονοδιαγράμματα, η ομάδα παρατήρησε τα φάρμακα που δημιουργούν μικροσκοπικούς πόρους στο προστατευτικό εξωτερικό στρώμα των βακτηρίων, προκαλώντας τη διαρροή του περιεχομένου του και το κελί να πεθάνει.
Τα πειράματα είναι μερικά από τα πρώτα του είδους τους και τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να ανοίξουν το δρόμο για το σχεδιασμό πιο αποτελεσματικών αντιβιοτικών που στοχεύουν πιο συγκεκριμένα τη μεμβράνη βακτηρίων.
Η έρευνα δημοσιεύεται στο περιοδικό ACS Central Science.
Πώς λειτουργούν τα αντιβιοτικά;
Ένας τρόπος με τον οποίο τα αντιβιοτικά σκοτώνουν τα βακτηρίδια είναι η στόχευση και η καταστροφή της ακεραιότητας της βακτηριακής εξωτερικής μεμβράνης, που αποτελείται από φωσφολιπιδική διπλοστοιβάδα.
Αυτά είναι δύο στρώματα μορίων λίπους (φωσφολιπίδια) που σχηματίζουν ένα φράγμα γύρω από όλα τα βακτηριακά κύτταρα. Η διπλοστιβάδα είναι μια δυναμική και πολύπλοκη δομή που έχει μοναδικές φυσικές ιδιότητες, όπως η ρευστότητα της, που εξαρτώνται από τους τύπους και τον αριθμό των λιπιδίων στη μεμβράνη.
Η διαταραχή της μεμβράνης είναι η κύρια αιτία του βακτηριακού θανάτου, αλλά πώς ακριβώς αυτό συμβαίνει δεν έχει γίνει πλήρως κατανοητή, κυρίως επειδή αυτά τα γεγονότα συμβαίνουν σε εξαιρετικά σύντομες χρονικές στιγμές.
Η τρέχουσα μελέτη αντιμετωπίζει αυτό το χάσμα γνώσεων συνδυάζοντας πειράματα με υπολογιστικές προσομοιώσεις για να διερευνήσει τις αρχικές διεργασίες που εμπλέκονται σε βλάβη μεμβράνης.
Καταγράφοντας το αόρατο
Μια ομάδα με επικεφαλής τους ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας του Σαν Ντιέγκο χρησιμοποίησε μικροσκοπία ατομικής δύναμης υψηλής ταχύτητας (HS-AFM) για να παρακολουθήσει ένα αντιβιοτικό που διαλύει μεμβράνη που αλληλεπιδρούν με βακτηριακή μεμβράνη σε σχεδόν πραγματικό χρόνο.
Το όργανο υψηλής ταχύτητας καταγράφει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ μιας ταλαντευόμενης άκρης νανοκλίμακας και ενός μαλακού υλικού με ρυθμό περίπου 770.000 καρέ ανά δευτερόλεπτο, αποκαλύπτοντας λεπτομέρειες που δεν μπορούν να παρατηρηθούν χρησιμοποιώντας συμβατικές μεθόδους απεικόνισης.
Η ομάδα χρησιμοποίησε τις μοναδικές δυνατότητες του οργάνου για να συλλάβει τα συμβάντα που συμβαίνουν στα μικροδευτερόλεπτα σε χρονοδιαγράμματα των χιλιοστών του δευτερολέπτου, αφού ένα αντιβιοτικό έρχεται σε επαφή με τη βακτηριακή μεμβράνη, επιτρέποντάς τους να παρατηρήσουν την αρχή της διαδικασίας κυτταρικού θανάτου.
Ο καθηγητής Aleksander Bublitz από το Υπουργείο Χημείας της Οξφόρδης, δήλωσε:«Είναι απίστευτα δύσκολο να απεικονιστούν γρήγορες διαδικασίες σε τόσο μικρές κλίμακες μήκους, αλλά συνδυάζοντας αυτό το εργαλείο με υπολογιστικές προσομοιώσεις μπορούμε να αρχίσουμε να κατανοούμε πώς τα αντιβιοτικά φάρμακα προκαλούν τη διάσπαση των μεμβρανών. Μπορούμε στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις πληροφορίες για να σχεδιάσουμε καλύτερα φάρμακα που στοχεύουν ειδικά στις βακτηριακές μεμβράνες και να τα διαταράσσουν πιο αποτελεσματικά ».
Νέες ιδέες
Η έρευνα αποκαλύπτει, για πρώτη φορά, τον κρίσιμο ρόλο που διαδραματίζουν η δυναμική της βακτηριακής μεμβράνης και η δυναμική δέσμευσης του μορίου αντιβιοτικών στη διαδικασία σχηματισμού πόρων.
Με τη μίμηση του συστήματος με προσομοιώσεις υπολογιστών, οι ερευνητές μπόρεσαν να δουν πώς λειτουργεί το αντιβιοτικό σε ατομικό επίπεδο.
Οι προσομοιώσεις τους επέτρεψαν να προσδιορίσουν συγκεκριμένα λιπίδια μεμβράνης και ειδικές αλληλεπιδράσεις αντιβιοτικών μεμβράνης που είναι κρίσιμες για τη διαδικασία σχηματισμού πόρων.
Αυτές οι πληροφορίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη αποτελεσματικότερων φαρμάκων με τη μηχανική ειδικά μόρια που στοχεύουν τα αναγνωρισμένα λιπίδια ή θέσεις δέσμευσης αντιβιοτικών.
