Ett forskarlag från Virginia Tech i samarbete med forskare från University of Missouri-Columbia har upptäckt en mekanism som är ansvarig för antibiotikaresistens i bakterierna som orsakar tuberkulos och spetälska.

Kunskap om denna mekanism kommer i slutändan att göra det möjligt för forskare att utforma mer effektiva läkemedel för att behandla dessa sjukdomar.

Dessa fynd publicerades nyligen i tidskriften Biokemi .

Rifampicin, ett populärt antibiotikum som används för att behandla tuberkulos och spetälska, fungerar genom att förhindra att bakterier växer. Dock, läkemedlet blir mindre effektivt som Mycobacterium tuberculosis, bakterier som orsakar tuberkulos, och Mycobacterium leprae, bakterier som orsakar spetälska, utveckla motstånd.

Denna resistens uppstår delvis eftersom bakterierna har ett visst enzym, kallas rifampicin monooxygenas, som inaktiverar rifampicin genom att kemiskt modifiera dess struktur.

Pablo Sobrado, professor i biokemi vid College of Agriculture and Life Sciences, och hans team arbetade i samarbete med biokemisten John Tanner och postdoktor Li-Kai Liu vid University of Missouri-Columbia för att upptäcka att rifampicin monooxygenas omvandlar rifampicin från en cyklisk eller ringform till en linjär form. När rifampicin väl är i denna linjära form, det är inte längre effektivt för att döda bakterierna.

"Denna upptäckt är spännande eftersom den är mycket viktig för läkemedelsdesign, sa Sobrado, en dotterbolag till Fralin Life Science Institute och Virginia Tech Center for Drug Discovery. "Det kan hjälpa forskare att designa nya rifampicinanaloger som är mer effektiva eftersom de inte är mottagliga för inaktivering av detta bakteriella enzym."

Medlemmar i Sobrados team som hjälpte till att identifiera mekanismen inkluderar Yumin Dai, för närvarande en senior forskningsassistent vid Institutionen för kemi vid College of Science, och besökande doktorand Heba Abdelwahab från Damietta, Egypten. I en tidigare studie, Abdelwahab beskrev atom- och molekylstrukturen för rifampicinmonooxygenas med hjälp av röntgenkristallografi.

I denna senaste studie, finansierat med ett National Science Foundation -bidrag, Sobrados team använde röntgenkristallografi, NMR -analys, och masspektroskopi för att identifiera den kemiska modifieringen av rifampicin med rifampicinmonoxygenas. Innan detta fynd, forskare visste att rifampicinmonoxygenas inaktiverade rifampicin, men de förstod inte hur.

"Antibiotikaresistens är en utvecklingsfråga som har stor inverkan på folkhälsan, "sa Abdelwahab." Våra studier har visat hur detta enzym inaktiverar rifampicin. Vi har nu en plan för att hämma detta enzym. "

Dai, som genomförde denna forskning som postdoktor i Sobrados laboratorium, Lagt till, "baserat på att förstå denna mekanism, nästa steg i forskningen kan fokusera på att utveckla olika enzymhämmare för att behandla antibiotikaresistensen, såsom strukturellt förenklad rifampicin -efterlikning, som skulle fungera som konkurrenshämmare. "

Läkemedelsforskare kan också börja designa förbättrade former av rifampicin via syntetisk modifiering som inte är mottagliga för kemisk modifiering av det bakteriella enzymet som riktar sig mot det.

Medan den kan behandlas, tuberkulos och spetälska är sjukdomar som utgör ett hot mot barn, de äldre, människor i utvecklingsländer utan tillgång till adekvat sjukvård, och andra med nedsatt immunförsvar. Enligt Centers for Disease Control and Prevention, mer än 10 miljoner människor världen över var sjuka med tuberkulos 2016. Frekvensen och förekomsten av spetälska är mycket mindre; globalt, mindre än ett fall per 10, 000 personer rapporteras varje år, och 96 procent av dessa fall kommer från utvecklingsländer.