Denne artikkelen er produsert og finansiert av NTNU - les mer.
Stoffer utviklet på NTNU kan bli et helt nytt antibiotikum som kan være effektivt mot en bred gruppe bakterier, viser Amanda Holstad Singleton.(Foto: Jana Scheffold)
Ny metode baner vei for nye antibiotika
Der antibiotika ikke virker, har norske forskere funnet ut hvordan to nye stoffer kan drepe gule stafylokokker. Bak funnet ligger helt ny teknologi som kan bli viktig i kampen mot antibiotikaresistens.
– Antibiotikaresistens er et stort problem. Å kunne bidra til å løse det er veldig kjekt, sier stipendiat Amanda Holstad Singleton.
Hun er førsteforfatter på en studie som viser hvordan to nye stoffer i kombinasjon effektivt dreper antibiotikaresistente gule stafylokokker (MRSA).
Stoffene er utviklet på NTNU. De kan bli et helt nytt antibiotikum, effektivt mot en bred gruppe bakterier.
– Én ting er at vi har utviklet nye antibiotika-kandidater som det viser seg at menneskelige celler tolererer godt. Men like viktig er det at vi har utviklet en teknologi for å studere hvordan antibiotikumet virker inne i bakteriecellene, sier Singleton.
Sammenligner med trafikklys
For å kunne analysere hvordan de to stoffene virket, har forskerteamet ved NTNU utviklet en metode som analyserer hvordan bakteriens signalproteiner reagerer på behandlingen. Metoden gir forskerne et helt nytt verktøy i jakten på nye antibiotika-kandidater.
– Inne i en bakteriecelle kan det være opptil 10.000 proteiner. I stedet for å se på alle disse, fisker vi ut de rundt 2000 proteinene som virker som signalproteiner. Disse proteinene styrer mye av det som skjer i cellene.
Metoden gir mulighet til å se om hvert enkelt av disse proteinene er aktivert eller deaktivert etter at forskerne har tilsatt stoffet de vil teste ut.
– Disse proteinene kan sammenlignes med trafikklys som kan skifte fra rødt til grønt og tilbake igjen. Ved å få dem til å skifte til rødt stopper vi en viktig signalvei inne i cellen, forklarer Singleton.
Kombinerer to stoffer
Finner forskerne et stoff som påvirker et slikt signalprotein til å gi rødt lys for en sentral prosess i cellen, har de funnet en kandidat til et nytt antibiotikum. Finner de stoffer som kan gi rødt lys på flere ulike steder i cellen, har de en enda bedre kandidat.
Og det er nettopp det forskerne ved NTNU har gjort når de nå har kombinert to ulike stoffer.
– I en studie viser vi at to nye stoff utviklet ved NTNU i kombinasjon dreper antibiotikaresistente gule stafylokokker mye mer effektivt enn når de brukes hver for seg, sier Singleton.
Amanda Holstad Singleton er førsteforfatter på en studie som viser hvordan to nye stoffer i kombinasjon effektivt dreper antibiotikaresistente gule stafylokokker. Menneskers celler tåler stoffene godt. Det gjør dem til en lovende kandidat for et nytt antibiotikum.(Foto: Jana Scheffold)
Stopper DNA-kopiering
For snart fire år siden publiserte forskerne ved Institutt for klinisk og molekylær medisin ved NTNU de bakteriedrepende egenskapene til en bestemt type peptider.
Det er disse, i kombinasjon med et stoff som er utviklet ved NTNUs Institutt for kjemi, som nå kan bli en helt ny type antibiotikum.
– Peptider er kjeder av aminosyrer, som er byggesteiner i proteiner. Det spesielle med akkurat disse peptidene er at de binder seg til et protein i bakteriene som er helt essensielt for at bakterier skal kunne kopiere sitt DNA, sier professor Marit Otterlei.
Peptidet hindrer DNA-kopieringen. Dermed dør bakterien.
Annonse
– Ingen andre antibiotika angriper dette proteinet. Det betyr at det er et nytt «target». Derfor finnes det heller ikke bakterier som er resistente mot disse peptidene. Siden dette målproteinet finnes i alle bakterier, virker disse peptidene også på multiresistente bakterier, sier Otterlei.
Dreper mer effektivt
Samtidig som at Otterlei og kollegene jobbet videre med peptidene, drev forskerne Eirik Sundby og Bård Helge Hoff på NTNUs Institutt for materialteknologi og Institutt for kjemi et arbeid med å finne stoffer som effektivt hindret dannelsen av selve byggesteinene i DNA.
De hadde også utviklet stoffene som kunne brukes i metoden for å fiske ut signalproteiner fra bakterieprøvene. Disse stoffene er såkalte kinaseinhibitorer.
– Da vi hadde metoden klar, testet vi den på bakterier som var behandlet med peptider i kombinasjon med et av disse nye molekylene som vi trodde påvirket produksjon av byggesteiner til DNA. Vi fant at de nye molekylene hadde en annen virkningsmekanisme enn vi trodde, men at de hadde en veldig god kombinasjonseffekt, en synergistisk effekt, med våre peptider, sier Otterlei.
Det viste seg at de nye molekylene til Sundby og Hoff hindret selve energiomsetningen inne i bakteriecellen.
I kombinasjon med Otterleis peptider førte de også til aktivering av proteiner knyttet til stressresponser i bakteriecellene. Det skjedde ikke om stoffene ble tilført hver for seg. Denne ekstra aktiveringen førte til at bakteriene døde mer effektivt.
Ifølge forskerne er det første gangen virkningen av antibiotika studeres på denne måten.
– Dette gir oss en helt nye måte å vurdere nye antibiotika-kandidater på, sier Otterlei.
Hindrer mutasjon som kan gi resistens
Det gir også forskerne en ny måte å hindre utvikling av resistens mot nye antibiotika på.
– Vi må huske at å utvikle resistens er en naturlig del av evolusjonen. Det er uunngåelig. Men å utvikle resistens er kostbart for bakterien. Den må ofre noe, sier Otterlei.
Annonse
Det er to måter bakterier kan utvikle resistens mot antibiotika på, forklarer Singleton. Enten ved at bakterien kommer i kontakt med andre bakterier som allerede er resistente og at bakteriene utveksler DNA seg imellom – eller at det skjer en mutasjon i bakteriens gener som gir den beskyttelse mot antibiotikumet.
– Slike mutasjoner koster. De går utover bakteriens «fitness». Du ofrer en egenskap for å oppnå en annen som beskytter mot antibiotikumet.
Men om fordelen ved å være beskyttet mot antibiotikumet overgår ulempen, vil bakterien formere seg, og vi får mange nye antibiotikaresistente bakterier.
Fitness og død
Skal bakterien derimot klare å utvikle resistens mot to stoffer samtidig, stoffer som virker på helt ulike steder inne i bakteriecellen, blir det verre.
– Angriper vi to ulike prosesser, vil det å utvikle resistens mot begge bli en altfor stor belastning. Bakteriene blir mindre levedyktige, sier Singleton.
Ekstra vanskelig blir det om du i tillegg lager et antibiotikum som angriper selve måten bakterien utvikler resistens på.
I dette tilfellet er proteinet som angripes, svært sentralt for bakterien hvis den skal kunne kopiere DNAet sitt før den formerer seg.
– Så sentralt at om det oppstår en mutasjon her, blir tapet av fitness så stort at bakterien dør av det, sier Singleton.
For den faglig interesserte: Ved å sammenligne celleekstrakt («cell lysis») fra ubehandlede og behandlede bakterier kan du se hvilke proteiner som har endret seg. Celleekstraktet inneholder «trafikklys-proteiner», proteiner som er involvert i ulike bakterielle signalveier. Ved å bruke kuler hvor det er festet kinaseinhibitorer, kan man selektere for aktiverte proteiner som har et tilgjengelig ATP-bindende sete (grønt trafikklys). Det gir innblikk i hvilke cellulære prosesser som er aktive eller deaktiverte, og gir dermed verdifull informasjon om cellens respons på antibiotika.(Illustrasjon: Amanda Holstad Singleton)
