Due nuove scoperte del laboratorio della Iowa State University di Edward Yu si aggiungono alla comprensione scientifica di come i batteri resistono agli antibiotici.

Yu e il suo gruppo di ricerca hanno appena descritto due strutture e meccanismi - pompe di efflusso e pareti cellulari rinforzate - che alcuni batteri che causano malattie usano per tenere lontani gli antibiotici. Questa comprensione potrebbe un giorno portare a nuovi trattamenti che disabilitano le strutture e ripristinano l'efficacia dei farmaci.

"Studiamo molte pompe di efflusso per capire la resistenza agli antibiotici, " ha detto Yu, un professore dell'Iowa State con incarichi in fisica e astronomia; chimica; biochimica, biofisica e biologia molecolare; e il Laboratorio Ames del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. "Il rimodellamento della parete cellulare è anche un importante meccanismo per lavorare contro i farmaci antibatterici.

"La struttura e il meccanismo dipendono dai batteri di cui stai parlando e i batteri troveranno un modo".

Due riviste hanno appena pubblicato gli ultimi risultati del gruppo di ricerca di Yu:

1. Un documento pubblicato online da Comunicazioni sulla natura descrive come il Campylobacter jejuni batterio, che provoca un'infiammazione del tratto digestivo (enterocolite) e diarrea associata, utilizza una pompa di efflusso a tre molecole per estrudere farmaci antibatterici. Il progetto è una collaborazione di Yu; Yeon Kyun Shin, Roy J. Carver Professore di Biochimica dell'Iowa State, Biofisica e Biologia Molecolare; e Qijing Zhang, un decano associato di medicina veterinaria dello Stato dell'Iowa e il Dr. Frank K. Ramsey Endowed Chair in Veterinary Research. Chih-Chia "Jack" Su, uno scienziato associato dello stato dell'Iowa; Linxiang Yin, uno studente laureato dell'Iowa State; e Nitin Kumar, uno studente di dottorato dell'Iowa State; sono i primi autori.

   Studi precedenti riportavano che le tre molecole della pompa lavoravano in una rotazione sincronizzata:una molecola accedeva, una molecola che si lega e una molecola estrusa - per pompare antibiotici dalla cellula. Il gruppo di ricerca di Yu ha scoperto che ogni parte della pompa funzionava indipendentemente dalle altre, essenzialmente creando tre pompe in un'unica struttura.

   "Le tre pompe indipendenti la rendono una pompa di efflusso multifarmaco più potente, " disse Yu.

2. Un documento pubblicato online da Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze La prima edizione descrive come il Burkholderia multivorans batterio, che può causare polmonite in persone con deficienze immunitarie o malattie polmonari come la fibrosi cistica, è in grado di rimodellare e rafforzare la sua parete cellulare, chiudendo la porta a una serie di farmaci antimicrobici. Kumar e Su sono i primi autori.

   Il documento si concentra su come questi batteri trasportano i composti lipidici hopanoidi alle loro membrane cellulari esterne. I composti contribuiscono alla stabilità e alla rigidità della membrana.

"Nel complesso i nostri dati suggeriscono un nuovo meccanismo per il trasporto degli opanoidi coinvolto nel rimodellamento della parete cellulare, che è fondamentale per mediare la resistenza multifarmaco in Burkholderia , " hanno scritto gli autori in una sintesi del progetto.

Le sovvenzioni del National Institutes of Health hanno sostenuto entrambi gli studi. Le sovvenzioni del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno anche sostenuto ultra-luminosi, esperimenti di raggi X ad alta energia presso l'Advanced Photon Source presso l'Argonne National Laboratory in Illinois.

Yu e il suo gruppo di ricerca hanno una lunga storia di utilizzo con successo della cristallografia a raggi X per descrivere e comprendere la struttura delle pompe, trasportatori e regolatori nei batteri. Una galleria sul sito web del suo gruppo di ricerca mostra diagrammi a nastro di 21 diverse strutture.

A causa del contributo significativo di Yu alla comprensione della resistenza antimicrobica nei batteri, l'American Academy of Microbiology lo ha eletto membro dell'accademia all'inizio di quest'anno.

Con quella comprensione globale delle strutture e dei meccanismi alla base della resistenza batterica agli antibiotici, Yu ha detto che il suo gruppo di ricerca sta iniziando a esaminare come spegnere le pompe e i trasportatori.

"Stiamo cercando di trovare un composto inibitore, " Yu ha detto. "Stiamo pensando di fare un po' più di scienza traslazionale. Abbiamo molte ricche informazioni sulla struttura e la funzione di queste pompe. Perché non usarlo?"