Beta-laktam antibiotika, inklusive penicillin, är en av de mest använda klasserna av antibiotika i världen. Även om de har använts sedan 1940-talet, forskare förstår fortfarande inte helt vad som händer när denna klass av läkemedel möter bakterier.

Nu, forskare vid University of Notre Dame har klarlagt hur ett enzym hjälper bakterier att återhämta sig från skador som orsakats av antibiotika som inte är tillräckligt starka för att omedelbart döda bakterierna vid kontakt.

Studien, publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences , fokuserar på ett enzym i den gramnegativa bakterien Pseudomonas aeruginosa, en patogen som orsakar lunginflammation och sepsis. Enzymet, kallas lytiskt transglykosylas Slt, snabbt försöker reparera organismens cellvägg, vilket gör att bakterien kan överleva och infektionen kan fortsätta i oförminskad grad.

"Det är en överlevnadsstrategi, sa Shahriar Mobashery, Navari familjeprofessor i livsvetenskap vid Notre Dame och huvudförfattare till studien. "Cellväggen är den strukturella enhet som omsluter hela bakterien, och dess hälsa är avgörande för bakteriernas överlevnad. Om du har ett läkemedel som skadar cellväggen, bakterien klarar inte av det och den dör."

P. aeruginosa är en av de "mardrömsbakterier" som lyfts fram i en färsk rapport från Centers for Disease Control and Prevention. Rapporten uppgav att labbtester hade hittat "ovanlig resistens mer än 200 gånger under 2017 enbart i "mardrömsbakterier".

Cellväggarna hos P. aeruginosa är gjorda av långa, intilliggande enheter som är tvärbundna med varandra. I närvaro av ett betalaktamantibiotikum, tvärbindningarna bildas inte. Dock, långa kedjor av icke tvärbundna polymerer kvarstår, som signalerar att cellväggen är skadad. Det är där Slt kommer in. Enzymet känner igen skadan och hugger ner de långa kedjorna av icke tvärbundna polymerer, och organismen bygger om cellväggen.

"Det är ungefär som om du kör hem och sätter dig i en fender bender, och när du kommer hem, din bil är redan reparerad, " sa Mobashery.

Forskare har känt till båda familjerna av enzymer under en tid. Mobasherys team syntetiserade delar av cellväggen och studerade den med Slt för att avgöra hur enzymet bryter ned den. De skickade renade Slt- och cellväggsprover till medarbetare vid det spanska nationella forskningsrådet för att fastställa dess struktur.

Mobashery har studerat antibiotikaresistens i 30 år. Han sa att penicillinbindande proteiner har studerats sedan 1960-talet och lytiska transglykosylaser sedan 1990-talet - men frågan om hur de kommer samman är ny. På grund av antibiotikaresistens, denna bakterie har blivit en av de svåraste bakteriella patogenerna att behandla.