Det ständigt ökande hotet från "superbugs"-stammar av patogena bakterier som är ogenomträngliga för antibiotika som dämpade deras föregångare-har tvingat det medicinska samfundet att leta efter bakteriedödande vapen utanför de traditionella läkemedlen. En lovande kandidat är den antimikrobiella peptiden (AMP), ett av Moder Naturs mindre kända försvar mot infektioner, som dödar en patogen genom att skapa, expanderar sedan, nanometerstora porer i cellmembranet tills det spricker. Dock, innan detta fenomen kan utnyttjas som medicinsk behandling, forskare behöver en bättre förståelse för hur AMP:er och membran interagerar på molekylär nivå.
Med hjälp av en ny bildteknik, ett forskargrupp som leds av Storbritanniens National Physical Laboratory (NPL) hjälper till att skaffa välbehövlig insikt i de grundläggande fysikaliska och kemiska processer som uppstår när AMP binder till membran och bildar porer i dem. Teamledare Paulina D. Rakowska kommer att diskutera de senaste aspekterna av detta arbete under AVS 60th International Symposium &Exhibition, som kommer att hållas 27 oktober-nov. 1, 2013, i Long Beach, Calif.
Att observera bildandet av porer i levande cellmembran av naturligt förekommande AMP är svårt eftersom forskare inte har kontroll över stegen i den komplexa processen. I många fall, målcellens membran läcker, svälla och brista innan enskilda porer kan expandera tillräckligt för att undersökas. Rakowska och hennes kollegor har övervunnit detta hinder genom att kombinera nanoskala avbildning via två olika system, datasimulering, en gjord från grunden (de novo) AMP, och lipid -dubbelskikt fixerade till en fast yta (känd som ett stödt lipid -dubbelskikt eller SLB).
Med förmågan att specifikt testa var och hur de novo -peptiden binder till SLB, porbildningsprocessen öppnas för direkt observation. Atomic force microscopy (AFM) ger topografisk (strukturell) avbildning av det peptidbehandlade membranet medan kemisk analys görs med högupplöst nanoskala sekundär jonmasspektroskopi (NanoSIMS).
"Data från AFM -bilderna tyder på att membran förändras som ett resultat av peptidverkan och porbildning, "Säger Rakowska." NanoSIMS -avbildning utförd på samma prover avslöjar den exakta platsen för peptidmolekyler i membranen. "
Rakowska säger att dessa observationer ger det första fysiska och visuella beviset på antimikrobiell porexpansion från nano-till-mikrometer skala till fullständig membranupplösning. "Vi kan nu postulera mekanismen genom vilken detta sker, "förklarar hon." Vi tror att de första AMP:erna som binder till membranet aktivt "rekryterar" andra för att göra detsamma, vilket resulterar i bildandet av många små porer. När dessa porer expanderar, de leder så småningom till membranupplösning och celldöd. "
Forskargruppen inkluderar forskare från NPL, London Center for Nanotechnology, University College London, universitetet i Oxford, universitetet i Edinburgh, Freie University Berlin och IBM. Teamets senaste publikation, "Nanoskala -avbildning avslöjar laterala expanderande antimikrobiella porer i lipidbislag, "uppträdde nyligen i Proceedings of the National Academy of Sciences USA.
