Tänk dig en helt ny, oslipad penna. Grafiten i dess kärna kan inte användas för att skriva förrän en pennvässare tuggar bort dess träspets.

Nu bild microcin B17, ett antibiotikum som dödar E. coli-bakterier. Innan den aktiveras, det ligger inbäddat i en struktur som kallas en prodrug, som kärnan i en oslipad "molekylpenna".

Nu, för första gången, forskare vid Rutgers University-New Brunswick och andra institutioner har upptäckt en "molekylär pennvässare" som tuggar bort sin yttre beläggning för att frigöra det kraftfulla antibiotikumet. Deras upptäckt öppnar dörren för att hitta nya antibakteriella medel och läkemedel för att bekämpa toxiner.

"Vi tror att detta kan vara en gizmo som bakterier använder för att aktivera processer som är vilande tills ögonblicket är rätt, när pennvässaren slås på och släpper ut antibiotika, sade Konstantin Severinov, senior författare till en ny studie och huvudforskare vid Waksman Institute of Microbiology vid Rutgers University-New Brunswick.

Forskarna, vars upptäckt publicerades i tidskriften Strukturera , studerade TldD- och TldE-bakterieproteiner som är involverade i framställningen av mikrocin B17.

Många bakterieceller gör inaktiva föreningar som kallas prodrugs - prekursorer som förvandlas till läkemedel i kroppen, sa Severinov.

"Det är som en framtida drog och när behovet uppstår och när det blir tufft, drogen är aktiverad och den är som en giftig stridsspets som exporteras utanför cellen och dödar sina skadliga grannar, " han sa.

Prodrogen som undersöktes av forskarna är som en pinne med två delar, han sa. Kärndelen är den giftiga stridsspetsen. En "ledare" är i andra änden och hindrar stridsspetsen från att fungera till rätt tidpunkt.

"TldD, proteinet vi studerade, har ett hål i den precis som i en gammal pennvässare, där prodrogen matas in, " Sa Severinov. "Sliparen sätter den sista pricken över i, tuggar ledaren, aktiverar den giftiga stridsspetsen och sparkar ut den ur cellen. Så det är nästan som att ha en förmåga att producera giftiga föreningar, inklusive antibiotika, a la carte när du behöver dem."

Tld-gener är vanliga i bakterier, antyder att de spelar en viktig funktion i bakteriefysiologi, säger studien. Det kan inkludera en roll i proteinkvalitetskontroll och aktivering av olika naturliga produkter inklusive antibiotika, såsom microcin B17.

"Varje bakteriegenom som har sekvenserats hittills har Tld-gener, " Sa Severinov. "Ingen visste vad de gör, och nu vet vi vad de gör i ett fall, och vi tror att liknande funktioner aktiverar produktionen av bioaktiva föreningar som används av andra bakterier som antibiotika eller toxiner."

Vissa toxiner kan användas på ett fördelaktigt sätt, noterade han. Till exempel, människor har använt bakteriella toxiner för att döda insekter i årtionden. Och när bakterier producerar gifter som skadar människor, läkemedel som hämmar Tld och bekämpar sådana bakterier kan utvecklas.

Forskarna spekulerar i att deras resultat kan leda till framtida tillämpningar inom proteinteknik och syntetisk biologi.