Två potenta antibakteriella medel som finns i fisk gör sitt smutsiga arbete på oväntade sätt, rapportera UConn kemister och kollegor i ett papper som accepterats av FEBS Journal . Forskningen kan visa vägen till helt nya klasser av antibiotika.
Fisk lider av bakterieinfektioner precis som människor gör. Det är ett särskilt tufft problem för odlad fisk, som bor på nära håll där sjukdomen snabbt kan spridas. Fiskodlare vet att tillsats av kopparsulfat till vattnet minskar bakteriesjukdomar, men de har inte förstått varför. Nu, ett team ledd av kemister från UConn har upptäckt att fiskar gör antibakteriella peptider som binder till koppar och använder den som ett vapen för att döda bakterier.
Peptider är små molekyler, gjorda av samma saker som proteiner men mycket kortare. Biologer visste att dessa fiskpeptider, kallas piscidin-1 och piscidin-3, var antibakteriella. Men det krävdes en kemist för att ta reda på kopparkopplingen.
"Vi var intresserade av dessa peptider eftersom de finns i flera olika fiskarter, "inklusive tilapia och randig bas, säger UConn-kemist Alfredo Angeles-Boza. "Och vi märkte att peptiderna har ett kopparbindande motiv, " vilket betyder ett kemiskt mönster som är känt för att ta tag i koppar i andra biologiska system.
Så teamet testade peptidernas beroende av koppar:först lade de till peptiderna till kolonier av E. coli-bakterier som odlades i labbet. Bakterierna dog inom några timmar. Sedan odlade de kolonier av E. coli i en speciell, kopparbegränsad miljö. När de tillsatte peptiderna till de kopparutarmade bakterierna, peptiderna var inte alls lika effektiva på att döda. Detta var ett tydligt bevis på att koppar var nödvändig för att peptiderna skulle fungera.
När de hade bevisat att peptiderna använde koppar, de testade varje peptid separat för att se dess verkningssätt. Även om de två peptiderna såg likadana ut kemiskt, och i båda fallen använde de koppar, de hade helt olika angreppssätt. Piscidin-1 skars genom bakteriens yttre cellmembran, medan piscidin-3 förvrängde bakteriens DNA.
Angeles-Boza säger att han och samarbetspartnern Myriam Cotten från College of William and Mary blev förvånade:"De två peptiderna är väldigt lika i struktur men beter sig på väldigt olika sätt. Det är fördelaktigt för fisk, eftersom de två peptiderna riktar sig mot olika mikrober. Naturen gjorde en liten förändring, men det gör stor skillnad."
Förutom att döda bakterier direkt, piscidin-3 har en unik förmåga att rikta sig mot bakterier som är ogenomträngliga för traditionella antibiotika. Till exempel, vissa typer av bakterier gör "persisterceller" som stängs av och går i viloläge när förhållandena blir fientliga. Detta skyddar den från de flesta traditionella antibiotika, som förlitar sig på att störa en bakteriecells metaboliska maskineri. Men piscidin-3 kan infiltrera cellen och förstöra dess DNA, även när cellen går i viloläge. Piscidin-3 kan också skära genom biofilmer, klibbiga nät av bakterier som tenderar att bildas på katetrar, medicinska implantat, lungorna hos personer som lider av cystisk fibros, och vid kroniska öroninfektioner, för att bara nämna några vanliga exempel.
Forskarna söker nu efter fler exempel på antibakteriella peptider. Än så länge, Angeles-Boza har hittat mer än 65 olika peptider som binder till koppar, hos människor och andra däggdjur samt hos fiskar. Ju fler exempel de hittar, desto fler ledtrådar kommer läkemedelskemister att behöva för att designa nya antibiotika efter samma motiv.
