Forschungsteam identifiziert neuen Ansatz zur Bekämpfung bakterieller Infektionen

Forscher der Icahn School of Medicine am Berg Sinai haben einen neuen Ansatz zur Bekämpfung bakterieller Infektionen identifiziert. Die Ergebnisse sind beschrieben In Struktur- und Molekularbiologie der Natur.

Das Team fand einen Weg, einen lebenswichtigen bakteriellen Abwehrmechanismus zu aktivieren, um bakterielle Infektionen zu bekämpfen und zu bewältigen. Das Abwehrsystem, das sogenannte zyklische Oligonukleotid-basierte Antiphagen-Signalsystem (CBASS), ist ein natürlicher Mechanismus, den bestimmte Bakterien nutzen, um sich vor viralen Angriffen zu schützen. Bakterien zerstören sich selbst, um die Ausbreitung des Virus auf andere Bakterienzellen in der Population zu verhindern.

„Wir wollten sehen, wie das bakterielle selbsttötende CBASS-System aktiviert wird und ob es genutzt werden kann, um bakterielle Infektionen einzudämmen“, sagt Co-Seniorautor Aneel Aggarwal, Ph.D., Professor für Pharmakologische Wissenschaften am Icahn Mount Sinai. „Dies ist ein neuer Ansatz zur Bekämpfung bakterieller Infektionen, die in Krankenhäusern und anderen Einrichtungen ein großes Problem darstellen. Es ist wichtig, neue Instrumente zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen zu finden. Im Kampf gegen Superbakterien müssen wir unser Toolkit ständig erneuern und erweitern, um an der Spitze zu bleiben.“ sich entwickelnde Arzneimittelresistenz.“

Laut einem Bericht der Centers for Disease Control and Prevention aus dem Jahr 2019 kommt es in den Vereinigten Staaten jedes Jahr zu mehr als 2,8 Millionen antimikrobiell resistenten Infektionen, an denen über 35.000 Menschen sterben.

Im Rahmen der Experimente untersuchten die Forscher, wie Cap5, oder CBASS-assoziiertes Protein 5, für den DNA-Abbau aktiviert wird und wie es durch eine Kombination aus Strukturanalyse und verschiedenen biophysikalischen, biochemischen und zellulären Tests zur Kontrolle bakterieller Infektionen eingesetzt werden könnte. Cap5 ist ein Schlüsselprotein, das durch zyklische Nukleotide (kleine Signalmoleküle) aktiviert wird, um die eigene DNA der Bakterienzelle zu zerstören.

„In unserer Studie haben wir zunächst herausgefunden, welches der vielen zyklischen Nukleotide den Effektor Cap5 des CBASS-Systems aktivieren könnte“, sagt Co-Seniorautorin Olga Rechkoblit, Ph.D., Assistenzprofessorin für Pharmakologische Wissenschaften am Icahn Mount Sinai.

„Nachdem wir das herausgefunden hatten, haben wir uns die Struktur von Cap5 genau angesehen, wenn es an diese kleinen Signalmoleküle gebunden ist. Dann haben wir dies mit der fachkundigen Hilfe von Daniela Sciaky, Ph.D., einer Forscherin am Icahn Mount Sinai, gezeigt, indem wir hinzugefügt haben.“ Wenn diese speziellen Moleküle in die Umgebung der Bakterien gelangen, könnten diese Moleküle möglicherweise zur Eliminierung der Bakterien genutzt werden.“

Die Forscher fanden heraus, dass die Bestimmung der Struktur von Cap5 mit zyklischen Nukleotiden eine technische Herausforderung darstellte und die fachkundige Hilfe von Dale F. Kreitler, Ph.D., AMX Beamline Scientist am Brookhaven National Laboratory, erforderte. Dies gelang ihnen durch den Einsatz mikrofokussierter Synchrotron-Röntgenstrahlung in derselben Anlage. Mikrofokussierte Synchrotron-Röntgenstrahlung ist eine Art von Röntgenstrahlung, die nicht nur mit einem bestimmten Teilchenbeschleunigertyp (Synchrotron) erzeugt wird, sondern auch sorgfältig konzentriert oder auf einen winzigen Bereich fokussiert wird, um eine detailliertere Bildgebung oder Analyse zu ermöglichen.

Als Nächstes werden die Forscher untersuchen, wie sich ihre Entdeckungen auf andere Bakterienarten übertragen lassen, und beurteilen, ob ihre Methode zur Behandlung von Infektionen eingesetzt werden kann, die durch verschiedene schädliche Bakterien verursacht werden.

Weitere Autoren, die zu dieser Arbeit beigetragen haben, sind Angeliki Buku, Ph.D., und Jithesh Kottur, Ph.D., beide von Icahn Mount Sinai.