Antibiotikaresistenta bakterier har blivit ett snabbt växande hot mot folkhälsan. Varje år står de för mer än 2,8 miljoner infektioner, enligt U.S. Centers for Disease Control and Prevention. Utan nya antibiotika har även vanliga skador och infektioner potential att bli dödliga.
Forskare är nu ett steg närmare att eliminera detta hot, tack vare ett Texas A&M University-ledda samarbete som har utvecklat en ny familj av polymerer som kan döda bakterier utan att inducera antibiotikaresistens genom att störa membranet hos dessa mikroorganismer.
"De nya polymererna vi syntetiserade skulle kunna hjälpa till att bekämpa antibiotikaresistens i framtiden genom att tillhandahålla antibakteriella molekyler som verkar genom en mekanism mot vilken bakterier inte verkar utveckla resistens", säger Dr Quentin Michaudel, biträdande professor vid Institutionen för kemi och ledare. utredare i forskningen, publicerad 11 december i Proceedings of the National Academy of Sciences .
Genom att arbeta i gränssnittet mellan organisk kemi och polymervetenskap kunde Michaudel-laboratoriet syntetisera den nya polymeren genom att noggrant designa en positivt laddad molekyl som kan sys många gånger för att bilda en stor molekyl gjord av samma upprepande laddade motiv med hjälp av en noggrant utvald molekyl. katalysator som kallas AquaMet.
Enligt Michaudel är den katalysatorn nyckeln, med tanke på att den måste tåla en hög koncentration av laddningar och även vara vattenlöslig – en egenskap som han beskriver som ovanlig för den här typen av processer.
Efter att ha nått framgång satte Michaudel Lab sina polymerer på prov mot två huvudtyper av antibiotikaresistenta bakterier - E. coli och Staphylococcus aureus (MRSA) – i samarbete med Dr Jessica Schiffmans grupp vid University of Massachusetts Amherst. I väntan på dessa resultat testade forskarna också deras polymerers toxicitet mot mänskliga röda blodkroppar.
"Ett vanligt problem med antibakteriella polymerer är en brist på selektivitet mellan bakterier och mänskliga celler när man riktar sig mot cellmembranet," förklarade Michaudel. "Nyckeln är att hitta en rätt balans mellan att effektivt hämma bakterietillväxt och att döda flera typer av celler urskillningslöst."
Michaudel tillskriver den multidisciplinära karaktären hos vetenskaplig innovation och generositeten hos engagerade forskare över Texas A&M campus och land som faktorer i hans teams framgång med att bestämma den perfekta katalysatorn för deras molekylsammansättning.
"Detta projekt var under flera år och skulle inte ha varit möjligt utan hjälp av flera grupper, förutom våra UMass-samarbetspartners," sa Michaudel.
"Vi var till exempel tvungna att skicka några prover till Letteri Lab vid University of Virginia för att bestämma längden på våra polymerer, vilket krävde användningen av ett instrument som få labb i landet har. Vi är också oerhört tacksamma för [biokemi] Ph.D.-kandidat] Nathan Williams och Dr. Jean-Philippe Pellois här vid Texas A&M, som tillhandahöll sin expertis i vår bedömning av toxicitet mot röda blodkroppar."
Michaudel säger att teamet nu kommer att fokusera på att förbättra aktiviteten hos dess polymerer mot bakterier – specifikt deras selektivitet för bakterieceller kontra mänskliga celler – innan de går vidare till in vivo-analyser.
"Vi håller på att syntetisera en mängd olika analoger med det spännande målet i åtanke," sa han.
Teamets papper innehåller Michaudel Lab-medlem och Texas A&M kemi Ph.D. doktor Sarah Hancock som första författare. Andra viktiga bidragsgivare från Michaudel Lab är kemistudenten An Tran, postdoktor Dr. Arunava Maity och tidigare postdoktor Dr. Nattawut Yuntawattana, som nu är biträdande professor i materialvetenskap vid Kasetsart University i Thailand.
Mer information: Sarah N. Hancock et al, Ringöppnande metatespolymerisation av N-metylpyridinium-fuserade norbornener för att komma åt antibakteriella katjoniska polymerer i huvudkedjan, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2311396120
Journalinformation: Proceedings of the National Academy of Sciences
Tillhandahålls av Texas A&M University
