Giftet av insekter som getingar och bin är fullt av föreningar som kan döda bakterier. Tyvärr, många av dessa föreningar är också giftiga för människor, vilket gör det omöjligt att använda dem som antibiotika.

Efter att ha utfört en systematisk studie av de antimikrobiella egenskaperna hos ett toxin som normalt finns i en sydamerikansk geting, forskare vid MIT har nu skapat varianter av peptiden som är potenta mot bakterier men som inte är giftiga för mänskliga celler.

I en studie av möss, forskarna fann att deras starkaste peptid helt kunde eliminera Pseudomonas aeruginosa , en bakteriestam som orsakar luftvägsinfektioner och andra infektioner och är resistent mot de flesta antibiotika.

"Vi har återanvänt en giftig molekyl till en som är en livskraftig molekyl för att behandla infektioner, "säger Cesar de la Fuente-Nunez, en MIT postdoc. "Genom att systematiskt analysera strukturen och funktionen för dessa peptider, vi har kunnat justera deras egenskaper och aktivitet. "

De la Fuente-Nunez är en av tidningens författare, som visas i tidningen 7 december Naturkommunikationsbiologi . Timothy Lu, en MIT -docent i elektroteknik och datavetenskap och biologisk teknik, och Vani Oliveira, docent vid Federal University of ABC i Brasilien, är också seniorförfattare. Tidningens huvudförfattare är Marcelo Der Torossian Torres, en tidigare gäststudent vid MIT.

Giftiga varianter

Som en del av deras immunförsvar, många organismer, inklusive människor, producerar peptider som kan döda bakterier. För att bekämpa uppkomsten av antibiotikaresistenta bakterier, många forskare har försökt anpassa dessa peptider som potentiella nya läkemedel.

Peptiden som de la Fuente-Nunez och hans kollegor fokuserade på i denna studie isolerades från en geting känd som Polybia paulista. Denna peptid är tillräckligt liten - endast 12 aminosyror - att forskarna trodde att det skulle vara möjligt att skapa några varianter av peptiden och testa dem för att se om de kan bli mer potenta mot mikrober och mindre skadliga för människor.

"Det är en tillräckligt liten peptid som du kan försöka mutera så många aminosyrarester som möjligt för att försöka ta reda på hur varje byggsten bidrar till antimikrobiell aktivitet och toxicitet, säger de la Fuente-Nunez.

Liksom många andra antimikrobiella peptider, denna gift-härledda peptid tros döda mikrober genom att störa bakteriecellmembran. Peptiden har en alfa -spiralformad struktur, som är känt för att interagera starkt med cellmembran.

I den första fasen av deras studie, forskarna skapade några dussin varianter av den ursprungliga peptiden och mätte sedan hur dessa förändringar påverkade peptidernas spiralformade struktur och deras hydrofobicitet, vilket också hjälper till att bestämma hur väl peptiderna interagerar med membran. De testade sedan dessa peptider mot sju bakteriestammar och två mot svamp, gör det möjligt att korrelera deras struktur och fysikalisk -kemiska egenskaper med deras antimikrobiella styrka.

Baserat på struktur-funktion-relationerna som de identifierade, forskarna designade sedan ytterligare några dussin peptider för ytterligare testning. De kunde identifiera optimala procentsatser av hydrofoba aminosyror och positivt laddade aminosyror, och de identifierade också ett kluster av aminosyror där eventuella förändringar skulle försämra molekylens övergripande funktion.

Bekämpar infektion

För att mäta peptidernas toxicitet, forskarna exponerade dem för mänskliga embryonala njurceller som odlats i en laboratorieskål. De valde ut de mest lovande föreningarna att testa på möss som är infekterade med Pseudomonas aeruginosa , en vanlig källa till luftvägs- och urinvägsinfektioner, och fann att flera av peptiderna kunde minska infektionen. En av dem, ges i en hög dos, kan eliminera det helt.

"Efter fyra dagar, att föreningen helt kan rensa infektionen, och det var ganska överraskande och spännande eftersom vi vanligtvis inte ser det med andra experimentella antimikrobiella medel eller andra antibiotika som vi har testat tidigare med just denna musmodell, säger de la Fuente-Nunez.

Forskarna har börjat skapa ytterligare varianter som de hoppas kommer att kunna rensa infektioner vid lägre doser. De la Fuente-Nunez planerar också att tillämpa detta tillvägagångssätt för andra typer av naturligt förekommande antimikrobiella peptider när han kommer till fakulteten vid University of Pennsylvania nästa år.

"Jag tror att några av de principer som vi har lärt oss här kan vara tillämpliga på andra liknande peptider som härrör från naturen, "säger han." Saker som helicitet och hydrofobicitet är mycket viktiga för många av dessa molekyler, och några av de regler som vi har lärt oss här kan definitivt extrapoleras. "