Allein in den Vereinigten Staaten infizieren arzneimittelresistente Bakterien und Pilze fast 3 Millionen Menschen pro Jahr und etwa 35.000 töten. Antibiotika sind unerlässlich und wirksam, aber in den letzten Jahren hat der übermäßige Gebrauch dazu geführt, dass einige Bakterien Resistenzen gegen sie entwickeln. Die Infektionen sind so schwer zu behandeln, dass die Weltgesundheitsorganisation die Antibiotikaresistenz zu einer der zehn größten Bedrohungen für die öffentliche Gesundheit weltweit zählt.
Jetzt hat Professor John E. Moses vom Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) eine neue Waffe gegen diese arzneimittelresistenten Superbugs entwickelt – ein Antibiotikum, das seine Form verändern kann, indem es seine Atome neu anordnet.
Moses kam auf die Idee, Antibiotika in Form zu bringen, als er Panzer bei militärischen Trainingsübungen beobachtete. Mit rotierenden Geschütztürmen und flinken Bewegungen konnten die Panzer schnell auf mögliche Bedrohungen reagieren.
Ein paar Jahre später erfuhr Moses von einem Molekül namens Bullvalene. Bullvalene ist ein fluktuierendes Molekül, was bedeutet, dass seine Atome Positionen tauschen können. Dadurch erhält es eine sich verändernde Form mit über einer Million möglichen Konfigurationen – genau die Fließfähigkeit, nach der Moses gesucht hat.
Mehrere Bakterien, darunter MRSA, VRSA und VRE, haben eine Resistenz gegen ein starkes Antibiotikum namens Vancomycin entwickelt, das zur Behandlung von Hautinfektionen bis hin zu Meningitis eingesetzt wird. Moses dachte, er könne die bakterienbekämpfende Wirkung des Medikaments verbessern, indem er es mit Bullvalene kombinierte.
Er wandte sich der Klick-Chemie zu, einer mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Klasse schneller, ergiebiger chemischer Reaktionen, die Moleküle zuverlässig zusammenklicken. Dies macht die Reaktionen effizienter für eine breite Anwendung.
„Klick-Chemie ist großartig“, sagt Moses, der diese revolutionäre Entwicklung unter dem zweifachen Nobelpreisträger K. Barry Sharpless untersuchte. „Es gibt Ihnen Sicherheit und die beste Chance, komplexe Dinge zu machen.“
Unter Verwendung dieser Technik schufen Moses und seine Kollegen ein neues Antibiotikum mit zwei Vancomycin-„Sprengköpfen“ und einem fluktuierenden Bullvalene-Zentrum.
Moses testete das neue Medikament in Zusammenarbeit mit Dr. Tatiana Soares da-Costa (University of Adelaide). Die Forscher gaben das Medikament VRE-infizierten Wachsmottenlarven, die üblicherweise zum Testen von Antibiotika verwendet werden. Sie fanden heraus, dass das formverändernde Antibiotikum bei der Beseitigung der tödlichen Infektion signifikant wirksamer war als Vancomycin. Außerdem entwickelten die Bakterien keine Resistenz gegen das neue Antibiotikum.
Forscher können Klick-Chemie mit formverändernden Antibiotika verwenden, um eine Vielzahl neuer Medikamente zu entwickeln, erklärt Moses. Solche Waffen gegen Infektionen könnten sogar der Schlüssel zum Überleben und zur Entwicklung unserer Spezies sein.
„Wenn wir Moleküle erfinden könnten, die über Leben und Tod entscheiden“, sagt er, „wäre das der größte Erfolg aller Zeiten.“
Mehr Informationen:
Alessandra Ottonello et al, Shapeshifting Bullvalene-linked Vancomycin Dimers as Effective Antibiotika Against Multidrug-Resistant Gram-Positive Bakterium, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2208737120