Dr. Quentin Michaudel und sein Forschungsteam haben eine neue Familie von Polymeren geschaffen, die Bakterien abtöten, ohne eine Antibiotikaresistenz auszulösen – ein großer Fortschritt im Kampf gegen Superkeime wie E. coli und MRSA.

Antibiotikaresistente Bakterien sind zu einer schnell wachsenden Bedrohung für die öffentliche Gesundheit geworden. Nach Angaben der US-amerikanischen Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten werden jedes Jahr mehr als 2,8 Millionen Infektionen durch antibiotikaresistente Bakterien verursacht. Ohne neue Antibiotika können selbst häufige Verletzungen und Infektionen tödlich enden.

Wissenschaftler sind der Beseitigung dieser Bedrohung nun einen Schritt näher gekommen, dank einer Zusammenarbeit unter der Leitung der Texas A&M University, die eine neue Reihe von Polymeren entwickelt hat, die in der Lage sind, Bakterien abzutöten, indem sie die Membranen dieser Mikroorganismen zerstören, ohne eine Antibiotikaresistenz hervorzurufen.

„Das von uns synthetisierte neue Polymer könnte in Zukunft zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen beitragen, indem es ein antimikrobielles Molekül bereitstellt, gegen das Bakterien offenbar keine Resistenz entwickeln“, sagte Quentin Micaudel, Ph.D., Assistenzprofessor am Fachbereich Chemie und Hauptforscher der Studie.

Michaudels Labor, das an der Schnittstelle zwischen organischer Chemie und Polymerwissenschaft arbeitet, synthetisierte das neue Polymer durch sorgfältige Konstruktion eines positiv geladenen Moleküls, das mithilfe eines sorgfältig ausgewählten Katalysators namens AquaMet mehrmals gespleißt wurde, um ein Makromolekül zu bilden, das aus demselben sich wiederholenden Ladungsmuster besteht. Laut Michaudel ist der Katalysator von entscheidender Bedeutung, da er hohen Ladungskonzentrationen standhalten und außerdem wasserlöslich sein muss – Eigenschaften, die seiner Meinung nach bei dieser Art von Prozess ungewöhnlich sind.

Aufgrund seines Erfolgs arbeitete Micoudels Labor mit der Forschungsgruppe von Dr. Jessica Schiffman an der University of Massachusetts Amherst zusammen, um sein Polymer gegen zwei große antibiotikaresistente Bakterien, Escherichia coli und Staphylococcus aureus (MRSA), zu testen. Während sie auf diese Ergebnisse warteten, testeten die Forscher auch die Toxizität ihres Polymers an menschlichen roten Blutkörperchen.

„Ein häufiges Problem bei antimikrobiellen Polymeren ist die mangelnde Selektivität zwischen Bakterien und menschlichen Zellen beim Angriff auf Zellmembranen. Der Schlüssel besteht darin, das richtige Gleichgewicht zwischen der wirksamen Hemmung des Bakterienwachstums und der wahllosen Abtötung mehrerer Zelltypen zu finden“, erklärt Michaudel.

Michaudel nennt den multidisziplinären Charakter der wissenschaftlichen Innovation und die Großzügigkeit begeisterter Forscher auf dem Texas A&M-Campus und im ganzen Land als Faktoren für den Erfolg seines Teams bei der Identifizierung des perfekten Katalysators für den Molekülaufbau: „An diesem Projekt wurde mehrere Jahre gearbeitet und es wäre ohne die Hilfe mehrerer Gruppen zusätzlich zu unseren Mitarbeitern nicht möglich gewesen. Beispielsweise mussten wir einige Proben an Layton an der University of Virginia schicken. Turleys Labor, um die Länge unserer Polymere zu bestimmen, was den Einsatz eines Instruments erforderte, über das nur wenige Labore im Land verfügen. Wir sind auch [Biochemie-Doktorand] Nathan Williams und Dr. Jean-Philippe Pellois von der Texas A&M University sehr dankbar, die ihr Fachwissen bei der Beurteilung der Toxizität gegenüber roten Blutkörperchen zur Verfügung gestellt haben.

Michaudel sagte, das Forschungsteam werde sich nun darauf konzentrieren, die Aktivität des Polymers gegen Bakterien zu verbessern, insbesondere seine Selektivität gegenüber Bakterienzellen und menschlichen Zellen, bevor es In-vivo-Versuche durchführt, und sie synthetisieren verschiedene Analoga, um dieses spannende Ziel zu erreichen.

Referenzen Sarah N. Hancock, Nattawut Yuntawattana, Emily Diep, Arunava Maity, An Tran, Jessica D. Schiffman und Quentin Michaudel veröffentlichten am 11. Dezember 2023 in den Proceedings of the National Academy of Sciences einen Artikel: „Ein antimikrobielles kationisches Hauptkettenpolymer wurde durch ringöffnende partielle Synthesepolymerisation von mit Norbornen verschmolzenem N-Methylpyridinium erhalten.“

DOI:10.1073/pnas.2311396120

Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily