Om du någonsin har drabbats av eländet matförgiftning från en bakterie som Shigella eller Salmonella, då har dina celler tagit emot "nanoinjektorer" - mikroskopiska spikar gjorda av proteiner genom vilka patogener utsöndrar effektorproteiner till mänskliga värdceller, orsakar infektion.

Många bakterier använder nanoinjektorer för att infektera miljontals människor runt om i världen varje år.

I dag, Roberto De Guzman, docent i molekylär biovetenskap vid University of Kansas, leder en forskargrupp som utvärderar potentialen hos nanoinjektorer som mål för en ny klass av antibiotika. Deras arbete finansieras av en femårig, 1,8 miljoner dollar i anslag från National Institute of Allergy and Infectious Diseases, en del av National Institutes of Health.

"Det här bidraget kommer att stödja våra studier om att belysa hur bakteriella nanoinjektorer är sammansatta, ", sade De Guzman. "Nanoinjektorer är proteinmaskiner som används av bakteriella patogener för att injicera virulensproteiner i mänskliga celler för att orsaka infektionssjukdomar. De är av nanoskala och storlek – de ser ut som nålar och bakterier använder dem för att injicera virulensproteiner i värdceller – så jag kallade dem nanoinjektorer. Inom mikrobiologi, de är kända som en del av typ III-sekretionssystemet, ett proteintillförselmaskineri."

KU-forskaren sa att nanoinjektorer är unika för patogena bakterier och är absolut nödvändiga för smittsamhet. De flesta människor har hört talas om de sjukdomar som orsakas av bakteriella patogener som använder nanoinjektorer - av vilka flera har förändrat den mänskliga upplevelsen till det sämre.

"Exempel är Yersinia pestis, som orsakade digerdöden i Europa och förändrade världshistorien, sade De Guzman. Pseudomonas aeruginosa, den främsta dödsorsaken bland patienter med cystisk fibros och en viktig källa till sekundära sjukhusinfektioner, och klamydia, en viktig källa till bakteriell sexuellt överförbar sjukdom."

Eftersom ett ökande antal patogener har utvecklat stammar som inte påverkas av antibiotika som nu finns på marknaden, De Guzman sa att nya tillvägagångssätt inom läkemedelsutveckling är nödvändiga - och nanoinjektorer kan utgöra ett värdefullt mål.

"Problemet är att alla dessa patogener har utvecklat resistens mot nuvarande antibiotika, " sade han. "Vidare, antibiotika är inte lika lönsamt som andra läkemedel, så läkemedelsföretag har ogillat att utveckla dem. Därav, det finns en brist på nya antibiotika i pipelinen. Vi står inför en perfekt storm när antibiotikaåldern inte längre är säkerställd."

En viktig faktor i att NIH beviljar detta bidrag till KU är en kärnmagnetisk resonans- eller NMR-spektrometer på 1,9 miljoner dollar - i huvudsak en enorm magnet - som universitetet köpte 2004 genom en obligation som godkändes av Kansas Legislature.

"Vi har det kritiska instrument som behövs för denna forskning, ", sa De Guzman. "Detta är mitt andra stora NIH-anslag, plus de andra bidrag som KU erhållit som är beroende av NMR-magneten. Jag tror att Kansas fick många gånger värt sina pengar på den investeringen."

Med hjälp av NMR-spektrometern, De Guzman och hans team hoppas att bättre förstå de biologiska processer som skapar nanoinjektorer.

"Nanoinjektorer är sammansatta av cirka 20 olika typer av proteiner, och delar därav - som själva nålen och proteiner associerade med nålen - är ytexponerade, ", sa De Guzman. "Nanoinjektorn är sammansatt på ett exakt sätt där proteiner möts som tättslutande legoklossar. En liten defekt kan göra det hela värdelöst för patogener som gör dem icke-infektiva."

Det slutliga målet är att hitta eller utveckla föreningar som främjar sådana defekter i nanoinjektorer, gör patogenerna ofarliga för människor.

"Mitt intresse är att i detalj förstå hur nålen är sammansatt och utöka den kunskapen till att utveckla läkemedel som kommer att störa monteringen av nanoinjektorerna och därigenom förhindra patogener från att infektera sina värdar, sa De Guzman.