Ved bedre at forstå, hvordan antibiotika binder sig og derved få inaktiveret i slim i luftvejene, kan forskere ved University of Illinois har fundet en måde at hjælpe patienter med cystisk fibrose kæmpe mod dødelige infektioner.
"Selvom det ikke er en kur, dette arbejde har potentiale som en terapeutisk strategi mod bakterielle infektioner hos cystisk fibrose," siger Gerard Wong en professor i materialevidenskab og-teknik, fysik, og naturnær på U. af I., og en tilsvarende forfatter af et papir accepteret til offentliggørelse i Proceedings of National Academy of Sciences. Papiret er at blive udstationeret i denne uge på tidsskriftets hjemmeside.
Normalt er pulmonal passager foret med et tyndt lag af slim, der fælder bakterier og andre patogener. Flyttet langs af bevægelserne af utallige cilier, slim fungerer også som et transportbånd, der skiller sig af med resterne. Hos patienter med cystisk fibrose, dog slim er mere som melasse - tyk og tyktflydende. Fordi cilia ikke længere kan flytte slim, laget bliver fast, og bakterierne vokse, formere sig og kolonisere. Langsigtet bakterielle infektioner er den primære dødsårsag i cystisk fibrose.
Ved hjælp af synkrotron røntgen spredning og molekylære simuleringer, forskerne tog et nærmere kig på slimhinderne rod.
Debris i det inficerede slim indeholder negativt ladede, langkædede molekyler såsom mucin, DNA og actin (fra døde hvide blodlegemer). Det viser sig, de fleste af kroppens antimikrobielle stoffer, såsom lysozym, er positivt ladede.
"Vi fandt, at aktin og lysozym - to af de mest almindelige komponenter i inficerede slim - form bestilt bundter af tilpasset molekyler, hvilket er noget man ikke forventer i noget så rodet, som slim," sagde Wong, som også er forsker ved universitetets Beckman Institute. "Holdt sammen tæt ved tiltrækning af modsatte afgift, disse pakker grundlæggende låse op for antimikrobielle stoffer, så de ikke er i stand til at dræbe bakterier."
Forskerne derefter udviklet en beregningsmæssige model at efterligne det biologiske system. "Modellen forudsiges nøjagtigt strukturen af actin-lysozym bundter, og aftalt kvantitativt med de små-vinkel røntgenspredning eksperimenter," siger Erik Luijten, en professor i materialevidenskab og-teknik, og i fysik, samt en forsker på Beckman Institute og den anden tilsvarende forfatter af PNAS papir.
Det næste skridt var at finde en måde at befri de lysozym, eller forhindre det i at binde sig i første omgang. Ved hjælp af deres model, forskerne undersøgt konsekvenserne af varierende den positive ladning på lysozym.
"Når vi reduceret afgift, fandt vi en kæmpe effekt i vores model," Luijten sagt. "Den lysozym ville ikke binde sig til aktin. Det flød rundt uafhængigt i slim. "
Så ved genteknologi, gjorde forskerne lysozym med omkring halvdelen af det normale gebyr. Eksperimenter bekræftede simuleringer; den reducerede afgift forhindret lysozym klistrer til aktin, uden at en markant nedsættelse af alle vigtige antimikrobiel aktivitet.
Selvom meget arbejde tilbage, måske kommende patienter med cystisk fibrose bruge en inhalator til at levere genetisk modificerede charge-reduceret antimikrobielle stoffer til øvre luftveje. Der ville disse "non-stick" antimikrobielle stoffer går på arbejde dræbe bakterier, og afbøde forhold til de langsigtede infektion.
Konsekvenserne af denne forskning udvides til andre områder også. I forbindelse med vandrensning, for eksempel et af de skridt indebærer, at der positivt ladede molekyler i vandet for at fange negativt ladede forurenende stoffer. Den resulterende aggregater afregne til bunden af spildevandstanke og fjernes fra vandforsyningen.
"En bedre forståelse af, hvordan modsat ladede molekyler binde i vandige miljøer kan føre til måder at fjerne nye patogener i forbindelse med vandrensning," Wong sagde.
http://www.uiuc.edu/