Bakterie oporne na antybiotyki stały się szybko rosnącym zagrożeniem dla zdrowia publicznego. Według amerykańskich Centrów Kontroli i Zapobiegania Chorobom każdego roku są one przyczyną ponad 2,8 miliona infekcji. Bez nowych antybiotyków nawet częste urazy i infekcje mogą stać się śmiertelne.
Naukowcy są teraz o krok bliżej wyeliminowania tego zagrożenia dzięki współpracy pod przewodnictwem Uniwersytetu Texas A&M, w ramach której opracowano nową rodzinę polimerów zdolnych do zabijania bakterii bez wywoływania oporności na antybiotyki poprzez zakłócanie błony tych mikroorganizmów.
„Nowe polimery, które zsyntetyzowaliśmy, mogą w przyszłości pomóc w walce z opornością na antybiotyki, dostarczając cząsteczek antybakteryjnych działających poprzez mechanizm, na który bakterie, jak się wydaje, nie rozwijają oporności” – powiedział dr Quentin Michaudel, adiunkt na Wydziale Chemii i kierownik badacz w badaniu, opublikowanym 11 grudnia w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Pracując na styku chemii organicznej i nauki o polimerach, Laboratorium Michaudel było w stanie zsyntetyzować nowy polimer poprzez staranne zaprojektowanie dodatnio naładowanej cząsteczki, którą można wielokrotnie łączyć w dużą cząsteczkę zbudowaną z tego samego powtarzającego się naładowanego motywu przy użyciu starannie dobranego katalizator o nazwie AquaMet. Według Michaudela ten katalizator okazuje się kluczowy, biorąc pod uwagę, że musi tolerować wysokie stężenie ładunków, a także być rozpuszczalny w wodzie – cecha, którą opisuje jako rzadką w tego typu procesach.
Po osiągnięciu sukcesu laboratorium Michaudel Lab poddało swoje polimery testowi przeciwko dwóm głównym typom bakterii opornych na antybiotyki – E. coli i Staphylococcus aureus (MRSA) – we współpracy z grupą dr Jessiki Schiffman z Uniwersytetu Massachusetts Amherst. W oczekiwaniu na wyniki naukowcy przetestowali także toksyczność swoich polimerów wobec ludzkich czerwonych krwinek.
„Częstym problemem związanym z polimerami antybakteryjnymi jest brak selektywności między bakteriami i komórkami ludzkimi podczas celowania w błonę komórkową” – wyjaśnił Michaudel. „Kluczem jest znalezienie właściwej równowagi między skutecznym hamowaniem wzrostu bakterii a masowym zabijaniem kilku typów komórek”.
Michaudel przypisuje multidyscyplinarny charakter innowacji naukowych oraz hojność oddanych badaczy z kampusu A&M w Teksasie i całego kraju jako czynniki, które przyczyniły się do sukcesu jego zespołu w określeniu idealnego katalizatora do składania cząsteczek.
„Ten projekt powstawał kilka lat i nie byłby możliwy bez pomocy kilku grup, a także naszych współpracowników z UMass” – powiedział Michaudel. „Musieliśmy na przykład wysłać kilka próbek do laboratorium Letteri na Uniwersytecie Wirginii, aby określić długość naszych polimerów, co wymagało użycia instrumentu, jakim dysponuje niewiele laboratoriów w kraju. Jesteśmy również niezmiernie wdzięczni [biochemistry Ph.D. candidate] Nathan Williams i dr Jean-Philippe Pellois z Texas A&M, którzy przekazali swoją wiedzę specjalistyczną w zakresie naszej oceny toksyczności wobec czerwonych krwinek.”
Michaudel twierdzi, że zespół skoncentruje się teraz na poprawie aktywności swoich polimerów przeciwko bakteriom, w szczególności na ich selektywności wobec komórek bakteryjnych w porównaniu z komórkami ludzkimi, zanim przejdzie do testów in vivo.
„Jesteśmy w trakcie syntezy różnych analogów, mając na uwadze ten ekscytujący cel” – powiedział.
Artykuł zespołu, w którym uczestniczy członek Michaudel Lab i doktor chemii Texas A&M. absolwentka dr Sarah Hancock '23 jako pierwsza autorka, można przeglądać w Internecie wraz z powiązanymi rycinami i podpisami. Inni kluczowi współpracownicy Michaudel Lab to absolwent chemii An Tran '23, doktorant Arunava Maity i były doktorant dr Nattawut Yuntawattana, który obecnie jest adiunktem nauk o materiałach na Uniwersytecie Kasetsart w Tajlandii.
Badania te zostały sfinansowane głównie przez nagrodę National Institutes of Health Maximizing Investigators' Research Award (MIRA) Michaudela za pośrednictwem Narodowego Instytutu Ogólnych Nauk Medycznych.
Pochodzący z La Rochelle we Francji Michaudel dołączył do wydziału chemii Texas A&M w 2018 roku i piastuje wspólne stanowisko na Wydziale Nauki i Inżynierii Materiałowej. Oprócz tytułu NIH MIRA w 2020 r. jego dotychczasowe wyróżnienia w karierze obejmują nagrodę National Science Foundation Faculty Early Career Development (CAREER) w 2022 r., nagrodę American Chemical Society Polymeric Materials: Science and Engineering (PMSE) dla młodych badaczy w 2022 r. oraz nagrodę Thieme w 2021 r. Nagroda czasopism chemicznych.