Cellväggar - de mantelliknande strukturerna som omger alla kända bakterier - kan visa sig vara bakteriers undergång, innehar nyckeln till att utveckla nya läkemedel som riktar sig mot destruktion.

Det perspektivet delas av många inom det medicinska och vetenskapliga samfundet, inklusive Marcos Pires. Pires, en biokemist vid Lehigh University, går i spetsen för ett nytt tillvägagångssätt för att förstå förändringar i bakteriecellers cellväggar som svar på antibiotika som kan vara avgörande för ny läkemedelsdesign – ett akut behov i ljuset av det växande hotet om antibiotikaresistens. Hans tillvägagångssätt är så lovande att det nyligen har erkänts av National Institutes of Health med en Maximizing Investigators' Research Award (MIRA).

Antibiotikaresistens uppstår när bakterieceller anpassar sig för att undvika ett läkemedel som är utformat för att döda det. Att göra förändringar i cellväggen är ett sätt för bakterier att åstadkomma detta. Lite är känt, dock, om hur dessa strukturer reagerar när de blir attackerade.

Med det 5-åriga MIRA-anslaget på 1,94 miljoner USD, Pires grupp kommer att fördjupa sig i denna process genom ett unikt tillvägagångssätt som i huvudsak lurar bakterier att avslöja var dess cellvägg är mest sårbar. Sådan kunskap kan hjälpa forskare att utforma nästa generations antibiotika som kringgår läkemedelsresistensmekanismer.

Mittpunkten i forskningen är en process som Pires och hans team genomför för att underlätta levande bakteriers absorption av syntetiska cellväggsfragment konstruerade i labbet. Dessa fragment modifieras med reporterenheter som sedan tillåter forskare att observera, i levande bakterier, komponenter i cellväggsmaskineriet under olika förhållanden.

"Bakteriecellväggar är unika i sin struktur och funktion och är väsentliga för bakterieceller - vilket gör dem till unika mål för utvecklingen av antibiotika, sa Pires, biträdande professor vid Institutionen för kemi. "Genom att 'lura' bakterier att använda några av våra cellväggsbyggstenar, vi får ett aldrig tidigare skådat perspektiv på hur de förändras när de utmanas med antibiotika."

MIRA är ett program från National Institute of General Medical Science (NIGMS), en avdelning av NIH som ger stöd till grundforskning som ökar förståelsen för biologiska processer och lägger grunden för framsteg inom sjukdomsdiagnostik, behandling och förebyggande. Enligt NIGMS, Målet med MIRA är att öka effektiviteten i NIGMS-finansiering genom att ge utredare större stabilitet och flexibilitet, vilket ökar den vetenskapliga produktiviteten och möjligheterna till viktiga genombrott.

Identifiera förändringar i bakteriecellväggen som orsakar antibiotikaresistens

Insatserna för läkemedelsdesigngenombrott för att behandla läkemedelsresistenta bakterier är hög. Varje år i USA, mer än 2 miljoner människor är drabbade av resistenta bakterieinfektioner. Uppskattningsvis 23, 000 amerikanska liv – och 700, 000 liv över hela världen – går förlorade årligen som ett resultat av bakterieinfektioner som är resistenta mot nuvarande antibiotikabehandlingar. Dessa siffror förväntas bara växa.

Bakteriecellväggar är målet för några av de mest kraftfulla antibiotika som hittills upptäckts. Antibiotika som riktar in sig på cellväggen inkluderar några vanligt föreskrivna behandlingar som penicillin och amoxicillin. Läkemedel som riktar sig mot bakteriers cellväggar är också bland de säkraste då mänskliga celler inte har cellväggar och därmed inte påverkas av behandlingen.

Enligt Pires, individuella komponenter i bakteriecellväggsmaskineriet är nyckeln till bakteriers anpassningssvar och, därför, mot drogresistens. Ett av hans teams mål är att identifiera de cellväggskomponenter som bakterier behöver för att framgångsrikt anpassa sig och undvika de läkemedel som är utformade för att förstöra den.

"Om vi ​​kan identifiera dessa "svaga punkter", sa Pires, "vi borde kunna hitta sätt att inaktivera eller kringgå dem."