A questi tempi ultraveloci, il team ha osservato i farmaci che creavano pori microscopici nello strato esterno protettivo dei batteri, causandone la fuoriuscita del contenuto e la morte della cellula.
Gli esperimenti sono tra i primi nel loro genere e i risultati potrebbero aprire la strada alla progettazione di antibiotici più efficaci che colpiscono in modo più specifico la membrana batterica.
La ricerca è pubblicata sulla rivista ACS Central Science.
Come funzionano gli antibiotici?
Un modo in cui gli antibiotici uccidono i batteri è prendendo di mira e danneggiando l’integrità della membrana esterna batterica, composta da un doppio strato fosfolipidico.
Si tratta di due strati di molecole di grasso (fosfolipidi) che formano una barriera attorno a tutte le cellule batteriche. Il doppio strato è una struttura dinamica e complessa che ha proprietà fisiche uniche, come la sua fluidità, che dipendono dal tipo e dal numero di lipidi presenti nella membrana.
La rottura della membrana è una delle principali cause di morte batterica, ma come ciò avvenga esattamente non è stato completamente compreso, soprattutto perché questi eventi si verificano in tempi eccezionalmente brevi.
Lo studio attuale affronta questa lacuna di conoscenze combinando esperimenti con simulazioni computazionali per sondare i processi iniziali coinvolti nel danno alla membrana.
Catturare l'invisibile
Un team guidato da ricercatori dell’Università di Oxford e dell’Università della California, a San Diego, ha utilizzato la microscopia a forza atomica ad alta velocità (HS-AFM) per osservare un antibiotico che distrugge la membrana interagire con una membrana batterica quasi in tempo reale.
Lo strumento ad alta velocità registra le interazioni tra una punta oscillante su scala nanometrica e un materiale morbido a una velocità di quasi 770.000 fotogrammi al secondo, rivelando dettagli che non possono essere visti utilizzando i metodi di imaging convenzionali.
Il team ha utilizzato le capacità uniche dello strumento per catturare gli eventi che accadono nell'ordine dei microsecondi o dei millisecondi dopo che un antibiotico entra in contatto con la membrana batterica, consentendo loro di osservare l'inizio del processo di morte cellulare.
Il professor Aleksander Bublitz del Dipartimento di Chimica di Oxford, ha dichiarato:"È incredibilmente difficile immaginare processi veloci su scale di lunghezza così ridotte, ma combinando questo strumento con simulazioni computazionali possiamo iniziare a capire come i farmaci antibiotici causano la rottura delle membrane. Possiamo quindi utilizzare tali informazioni per progettare farmaci migliori che colpiscano specificamente le membrane batteriche e le distruggano in modo più efficace."
Nuovi approfondimenti
La ricerca rivela, per la prima volta, il ruolo cruciale che la fluidità della membrana batterica e le dinamiche di legame delle molecole antibiotiche svolgono nel processo di formazione dei pori.
Imitando il sistema con simulazioni al computer, i ricercatori sono stati in grado di vedere come funziona l’antibiotico a livello atomico.
Le simulazioni hanno permesso loro di identificare particolari lipidi di membrana e specifiche interazioni antibiotico-membrana che sono fondamentali per il processo di formazione dei pori.
Queste informazioni possono essere utilizzate per sviluppare farmaci più efficaci progettando molecole specifiche che prendono di mira i lipidi identificati o i siti di legame degli antibiotici.
