Neue Erkenntnisse darüber, wie antimikrobielle Peptide Bakterienzellen abtöten

Neue Forschungen zu antimikrobiellen Peptiden, kleinen Aminosäureketten, die Bakterienzellen schädigen können, zeigen, warum einige Peptide dabei wirksamer sind und warum manche Zellen anfälliger sind.

Die Ergebnisse eröffnen die Möglichkeit, neuartige Verbindungen zur Abtötung krankheitserregender Organismen zu entwickeln, die gegen Antibiotika resistent geworden sind. Diese Verbindungen würden einen großen Durchbruch gegen ein allgegenwärtiges globales Problem darstellen, sagte Myriam Cotten, Co-Leiterin der Studie von der Oregon State University.

Antibiotikaresistenzen stellen weltweit eine wachsende Bedrohung dar. Im Jahr 2021 starben fast 5 Millionen Menschen an Antibiotikaresistenzen. Schätzungen zufolge werden zwischen 2025 und 2050 fast 40 Millionen Menschen daran sterben.“

Myriam Cotten, außerordentliche Professorin für Biochemie und Biophysik, OSU College of Science

Peptide kommen in allen Lebewesen vor und haben eine Vielzahl von Formen und Funktionen, unter anderem als Hormone, Neurotransmitter und Signalmoleküle in Zellen. Als antimikrobielle Mittel bilden sie die erste Verteidigungslinie gegen bakterielle Infektionen, indem sie häufig dazu führen, dass der Inhalt von Bakterienzellen aus der Membran austritt und die Zellfunktion beeinträchtigt wird.

Die Forschung von Cotten und Mitarbeitern von William & Mary und den National Institutes of Health konzentrierte sich auf die spezifischen Zustände, die zu Membranstörungen führen. Die Studie kombinierte Laborexperimente mit rechnerischen Arbeiten des National Heart, Lung, Blood Institute des NIH und beleuchtete die Eigenschaften der Löcher, sogenannte Poren, die antimikrobielle Peptide in Membranen bilden. Die Poren bilden sich, wenn die Peptide, die die Außenseite der Zelle bedecken, beginnen, über die Membran zu wandern, um ihre Anzahl auf beiden Seiten auszugleichen.

„Diese Informationen sind sehr aussagekräftig, da sie die Grundlage dafür liefern, zu erklären, warum einige Peptide aktiver sind als andere und warum einige Membranen leichter anzugreifen sind“, sagte Cotten. „Wir haben gelernt, dass die Peptide, die Membranen zerstören, stärker Poren in den Membranen bilden, die in Größe und Anzahl größer sind und länger offen bleiben. Das macht Sinn, aber die entscheidende Neuheit unserer Arbeit besteht darin, dass wir jetzt über eine mathematische Gleichung verfügen, die die Wirksamkeit von Membranschäden und Poreneigenschaften in Beziehung setzt. Wir können damit beginnen, sie anzuwenden, um Eigenschaften zu identifizieren, die für eine optimale Wirksamkeit erforderlich sind.“

Die Wissenschaftler fanden außerdem heraus, dass bestimmte Membranen Defekte aufweisen, die Peptiden bei der Bildung dieser Art von Poren helfen. Diese Erkenntnisse öffnen die Tür für die Entwicklung von Peptiden, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Membranzusammensetzung gezielt auf Bakterienzellen abzielen.

Die Erkenntnisse seien auf Therapien anwendbar, die über die Behandlung von Infektionskrankheiten hinausgingen, fügte Cotten hinzu, da Peptide des Immunsystems auch auf Krebszellen aktiv seien. Neue Krebsbehandlungen seien dringend erforderlich, betonte sie, da für die USA im Jahr 2025 mehr als zwei Millionen neue Krebsdiagnosen und mehr als 500.000 Krebstodesfälle prognostiziert würden.

Die von den National Institutes of Health unterstützte und von Richard Pastor vom NIH gemeinsam geleitete Studie wurde im veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Quellen: