Antibiotic obținut din venin de viespe

După efectuarea unui studiu sistematic al proprietăților antimicrobiene ale unei toxine care se găsește în mod normal în veninul unei viespi din America de Sud, cercetătorii de la MIT (Massachusetts Institute of Technology) au creat acum variante ale peptidei care sunt potente contra bacteriilor, dar netoxice pentru celulele umane.

Într-un studiu realizat pe șoareci, cercetătorii au descoperit că cea mai puternică peptidă a lor ar putea elimina complet Pseudomonas aeruginosa, o tulpina de bacterii care cauzează infecții respiratorii și alte infecții și care este rezistentă la majoritatea antibioticelor.

„Am reconfigurat o moleculă toxică într-una care este viabilă pentru a trata infecțiile", arată Cesar de la Fuente-Nunez, post doctorand la MIT. „Prin analizarea sistematică a structurii și funcției acestor peptide, am fost capabili să reglezăm proprietățile și activitatea acestora".

De la Fuente-Nunez este unul dintre principalii autori ai lucrării, care a fost publicată în ediția din 7 decembrie a revistei Nature Communications Biology. Timothy Lu, profesor asociat de inginerie electrică și informatică MIT și bioinginer, Vani Oliveira, profesor asociat la Universitatea Federală ABC din Brazilia, sunt, de asemenea, autori-seniori. Autor principal al lucrării este Marcelo Der Torossian Torres, fost student la MIT.

Variante veninoase

Ca parte a apărării lor imune, multe organisme, inclusiv oamenii, produc peptide care pot ucide bacteriile. Pentru a ajuta la combaterea apariției bacteriilor rezistente la antibiotice, mulți oameni de știință au încercat să adapteze aceste peptide ca potențiale noi medicamente.

Peptida pe care s-au concentrat de la Fuente-Nunez și colegii săi în acest studiu a fost izolată dintr-o specie de viespe cunoscută sub numele de Polybia paulista. Această peptidă este suficient de mică - doar 12 aminoacizi - încât cercetătorii au considerat că ar fi fezabil să creeze câteva variante ale ei și să le testeze pentru a vedea dacă ar putea deveni mai puternici împotriva microbilor și mai puțin dăunători asupra oamenilor.

„Este o peptidă suficient de mică încât să încerci să produci mutații la cât mai multe reziduuri de aminoacizi posibil, pentru a încerca să îți dai seama cum fiecare bloc de construcție contribuie la activitatea antimicrobiană și la toxicitate", spune de la Fuente-Nunez, într-un material dat publicității de MIT. 

La fel ca multe alte peptide antimicrobiene, se crede că această derivată din venin ucide microbii prin distrugerea membranelor celulare bacteriene. Peptida are o structură elicoidală alfa, despre care se știe că interacționează puternic cu membranele celulare.

În prima fază a studiului, cercetătorii au creat câteva variante ale peptidei originale și apoi au măsurat modul în care aceste modificări au afectat structura elicoidală și hidrofobicitatea lor, ceea ce ajută, de asemenea, la determinarea a cât de bine peptidele interacționează cu membranele. Ei apoi au testat aceste peptide împotriva a șapte tulpini de bacterii și două de ciuperci, făcând posibilă corelarea structurii lor și a proprietăților fizico-chimice cu potențialul lor antimicrobian.

Bazându-se pe relațiile structură-funcție pe care le-au identificat, cercetătorii au proiectat apoi alte câteva zeci de peptide pentru teste suplimentare. Ei au reușit să identifice procentele optime de aminoacizi hidrofobi și aminoacizi încărcați pozitiv, și au identificat de asemenea un grup de aminoacizi în care orice modificare ar afecta funcția globală a moleculei.

Combaterea infecțiilor

Pentru a măsura toxicitatea peptidelor, cercetătorii le-au expus celulelor renale embrionare umane cultivate în laborator. Apoi, au selectat compușii cei mai promițători pentru a testa pe șoareci infectați cu Pseudomonas aeruginosa, o sursă comună de infecții ale tractului respirator și urinar, și au descoperit că mai multe peptide pot reduce infecția. Una dintre ele, administrată la o doză mare, o poate chiar alimina complet.

„După patru zile, compusul poate elimina complet infecția, și asta a fost destul de surprinzător și interesant, pentru că de obicei nu vedem asta cu alte antimicrobiene experimentale sau alte antibiotice pe care le-am testat în trecut cu acest model de șoarece special" notează de la Fuente-Nunez.

Drept urmare, cercetătorii s-au apucat să creeze variante suplimentare pe care speră că vor putea elimina infecțiile cu doze mai mici. De la Fuente-Nunez intenționează, de asemenea, să aplice această abordare altor tipuri de peptide antimicrobiene care apar în mod natural, când se alătură Facultății de profil de la Universitatea din Pennsylvania, anul viitor.

„Cred că unele dintre principiile pe care le-am învățat aici pot fi aplicabile altor peptide similare care derivă din natură", spune el. „Lucruri precum helicitatea și hidrofobia sunt foarte importante pentru multe dintre aceste molecule, iar unele dintre regulile pe care le-am învățat aici pot fi cu siguranță extrapolate".

Studiul, integral, poate fi consultat AICI.