University of Central Florida College of Medicine-forskaren Renee Fleeman är på ett uppdrag att döda läkemedelsresistenta bakterier, och hennes senaste studie har identifierat en terapi som kan penetrera slemmet som sådana infektioner använder för att skydda sig mot antibiotika.
I en studie publicerad i Cell Reports Physical Science , visade Fleeman att en antimikrobiell peptid från kor har potential att behandla obotliga infektioner från bakterien Klebsiella pneumoniae.
Bakterierna, som vanligtvis finns i tarmarna, är vanligtvis ofarliga. Det blir en hälsorisk när det kommer in i andra delar av kroppen och kan orsaka lunginflammation, urinvägs- och sårinfektioner. De som löper högst risk inkluderar seniorer och patienter med andra hälsoproblem som diabetes, cancer, njursvikt och leversjukdom. Men yngre vuxna och personer utan ytterligare hälsoproblem kan få urinvägs- och sårinfektioner från bakterier som inte kan behandlas med antibiotika som finns tillgänglig idag.
CDC rapporterar att antibiotikaresistenta bakterier är ett växande globalt hälsohot. En studie från 2019 visade att nästan 5 miljoner människor dog världen över det året av läkemedelsresistenta infektioner. En stor del av dessa dödsfall kan tillskrivas K. pneumoniae eftersom det har en dödlighet på 50 % utan antibiotikabehandling.
Dessa bakterier är mer resistenta mot läkemedel när de lever i en biofilm – mikroorganismer som håller ihop och är inbäddade i ett skyddande slem. Nyligen genomförda studier har visat att 60–80 % av infektionerna är associerade med bakteriebiofilmer, vilket ökar deras läkemedelsresistens.
"Det är som en päls som bakterier lägger runt sig", säger Fleeman.
Hennes forskning undersöker sätt att ta bort den skyddande pälsen och exponera bakterierna så att den kan dödas av kroppens immunförsvar eller antibiotika som för närvarande inte kan passera genom biofilmen. Genom den forskningen upptäckte Fleeman hur peptider som tillverkas av kor snabbt kan döda K. pneumoniae.
Hon fastställde att peptiderna interagerar med sockerkopplingar som håller slemmet intakt. Hon liknade processen vid att skära i ett kedjekopplat staket. När flera kedjor klipps av skadas integriteten hos slemstrukturen, och peptiden kan komma in och förstöra bakterierna som inte längre är skyddade.
"Vår forskning har visat att polyprolinpeptid kan penetrera och börja bryta ner slembarriären på så lite som en timme efter behandlingen", säger Fleeman.
Peptiden har en annan fördel - när den väl bryter igenom den skyddande slembarriären, visade tester att den dödade bakterierna bättre än antibiotika som används som en sista utväg för att behandla obotliga infektioner. Peptider dödar bakterierna genom att slå hål i deras cellmembran, vilket orsakar död snabbt jämfört med andra antibiotika som hämmar tillväxt inifrån cellen.
Peptiden skulle också kunna användas som en lokal behandling för ett brett spektrum av användningar, särskilt för militären, för att behandla öppna sår i fält. "Bakterier delar sig var 30:e minut, så du måste agera snabbt", säger Fleeman.
Nästa fas av hennes forskning kommer att försöka förstå biologin bakom peptidens effektivitet och om kombinationer av andra läkemedel skulle hjälpa till med dess tillämpning.
Fleeman säger att forskningen om resistenta infektioner måste fortsätta eftersom de utgör ett sådant hot mot hälsan.
"Det uppskattas att år 2050 kommer antibiotikaresistenta bakterieinfektioner att vara den främsta orsaken till mänskliga dödsfall", säger hon.
"Vårt arbete är fokuserat på att förbereda för denna strid efter antibiotikaeran, där vanliga antibiotika som vi tar för givet inte längre kommer att vara effektiva, vilket äventyrar cancerterapi, organtransplantationer och alla moderna medicinska framsteg som är beroende av effektiva antibiotikaterapier."
Mer information: Laura De los Santos et al, Polyproline peptide riktar sig mot Klebsiella pneumoniae polysackarider för att kollapsa biofilmer, Cell Reports Physical Science (2024). DOI:10.1016/j.xcrp.2024.101869
Journalinformation: Cell Reports Physical Science
Tillhandahålls av University of Central Florida
