Nya högupplösta strukturer av bakterieribosomen som bestämts av forskare vid University of Illinois Chicago visar att en enda vattenmolekyl kan vara orsaken-och möjlig lösning-till antibiotikaresistens.

Resultaten av den nya UIC -studien publiceras i tidskriften Natur kemisk biologi .

Patogena bakterier blir resistenta mot antibiotika när de utvecklar förmågan att besegra de läkemedel som är avsedda att döda dem. Varje år i USA, miljontals människor lider av antibiotikaresistenta infektioner, och tusentals människor dör som ett resultat.

Att utveckla nya läkemedel är ett viktigt sätt för det vetenskapliga samfundet att försöka minska effekten av antibiotikaresistens.

"Det första vi behöver göra för att göra förbättrade läkemedel är att bättre förstå hur antibiotika fungerar och hur" dåliga buggar "blir resistenta mot dem, "sa Alexander Mankin, professor i läkemedelsvetenskap vid UIC College of Pharmacy och medförfattare till uppsatsen.

Mankin och hans kollega, Yury Polikanov, docent i biologiska vetenskaper vid UIC College of Liberal Arts and Sciences, har studerat verkningsmekanismen för en av de mest populära typerna av antibiotika som används på kliniken idag - makrolider.

"Makrolider är bland de mest framgångsrika antibiotika som vanligtvis används för att behandla infektioner som sprids i samhället - människor får makrolidantibiotika, som azitromycin, till exempel, hela tiden, "sade Polikanov, motsvarande författare till tidningen. "Makrolider fungerar genom att komma in i bakterier och binda till ribosomerna, cellens proteinsyntesmaskin. En gång bunden, läkemedlet hindrar ribosomer från att göra nya proteiner, därigenom stoppas bakterier från att växa och replikera. Dock, resistenta bakterier ändrar sina ribosomer så att läkemedlet inte längre kan binda till dem. "

Genom år av partnerskap mellan deras två laboratorier, UIC -forskarna kunde förstå hur makrolider binder till ribosomen, hur bakterier reagerar på makrolider och hur de blir resistenta mot dessa vanliga läkemedel. De lärde sig också hur man tar högupplösta bilder av ribosomer som invaderats av antibiotika.

"Vi jämförde högupplösta strukturer i ribosomerna från känsliga och resistenta bakterier och märkte att en vattenmolekyl som behövs för den täta antibiotikabindningen inte fanns i ribosomerna från de läkemedelsresistenta insekterna. I ribosomerna från läkemedlet resistenta bakterier, det fanns helt enkelt inget utrymme för denna vattenmolekyl, "Sade Polikanov.

Vattenmolekylen, fann forskarna, fungerar som en brygga mellan ribosomen och antibiotikumet. När resistenta bakterier ändrar den kemiska sammansättningen av deras ribosomer, denna bro mellan ribosomen och läkemedlet kan inte byggas. Även om det vetenskapliga samfundet länge har gissat att skillnader i strukturerna hos de känsliga och resistenta ribosomerna var viktiga - varför dessa förändringar förhindrar läkemedelsåtgärder var det tidigare okänt.

"Denna studie ger den första övertygande förklaringen till varför makrolider inte kan binda till ribosomer hos de resistenta bakterierna, "Sa Mankin.

"Vi är mycket glada över denna upptäckt, "Polikanov sa." Eftersom vi nu vet hur exakt makrolidantibiotika interagerar med deras mål, ribosomen. Denna upptäckt är viktig eftersom den kommer att informera och underlätta utvecklingen av nya antibiotika som inte behöver denna vattenmolekyl för bindning. Det finns en enorm efterfrågan på sådana läkemedel som kan döda även de bakterier som blev resistenta mot de läkemedel som för närvarande används. "