Бактерии ослабляют силу препаратов семейства пенициллинов с момента их первого широкомасштабного использования в качестве антибиотиков в 1940-х годах. Например, стафилококковая инфекция, вызванная бактерией Staphylococcus aureus, когда-то легко лечилась пенициллином и его молекулярными родственниками.Но этот баг изменился.
В 1960-х годах появился новый штамм, получивший название MRSA для метициллин- (а иногда и множественной лекарственной) устойчивости S. aureus. Это стало серьезной проблемой для общественного здравоохранения, потому что самые ранние использованные антибиотики часто бесполезны против нового штамма, и его распространенность только увеличилась с тех пор, как он был впервые обнаружен. MRSA (произносится как mer-suh) иногда называют супербактериями из-за трудностей, с которыми врачи сталкиваются при лечении инфицированных пациентов.Микроб S. aureus развил штамм MRSA, разработав ряд средств защиты от антибиотиков, которым они подвергались.
Одна из этих защит эффективно нейтрализует самую сильную силу пенициллина.Эта сила — его молекулярное ядро, циклическое четырехчленное амидное кольцо, называемое бета-лактамом. Это общий структурный элемент пенициллинов, их синтетических и полусинтетических производных и других родственных молекул, которые составляют широкое семейство лекарств, называемых бета-лактамными антибиотиками.
Всего несколько примеров (из десятков) включают амоксициллин, ампициллин и цефазолин.Структура бета-лактама в молекуле — это то, что многим бактериям совсем не нравится. Это сильно препятствует их способности воспроизводиться путем деления клеток, и поэтому химики годами потратили время на создание молекул, которые все содержат структурный мотив бета-лактама, но отличаются окружающим молекулярным «кустом».
Врачи активно используют многие версии бета-лактамных антибиотиков для борьбы с бактериальными инфекциями, и многие из них вышли на пенсию, потому что они больше не эффективны против защитных бактерий, возникших в ответ.Одним из наиболее эффективных средств защиты от бактерий является фермент бета-лактамаза, который разрушает структуру бета-лактама. Некоторые бактерии, такие как MRSA, развили способность к биосинтезу и высвобождению бета-лактамазы при необходимости.
Это разрушительная защита, потому что она настолько общая и нацелена на общий структурный мотив всех многих бета-лактамных антибиотиков.Но это также создает возможность для общего подхода к решению проблемы, о чем Каролина Чуанбинг Тан и его коллеги только что сообщили в Журнале Американского химического общества.«Вместо того, чтобы разрабатывать новые антибиотики, мы задаемся вопросом:« можем ли мы переработать старые антибиотики? » " он сказал. «Сможем ли мы дать им новую жизнь с помощью традиционных антибиотиков, таких как пенициллин G, амоксициллин, ампициллин и т. Д.?»
Этот подход сочетает в себе лекарство с защитным полимером, разработанным в химической лаборатории Танга. В лабораторных испытаниях аспирант Цзюян Чжан (Jiuyang Zhang) приготовил металлополимер кобальтоцения, который значительно замедлил разрушающее действие бета-лактамазы на модельную молекулу бета-лактама (нитроцефин).Междисциплинарная группа, в которую вошли Митци Нагаркатти и Алан Дечо из Медицинской школы университета и Школы общественного здравоохранения Арнольда, соответственно, также показала, что антимикробная эффективность четырех подробно изученных бета-лактамов была усилена полимером. Улучшение было умеренным для двух штаммов, но очень выраженным для больничного штамма MRSA (HA-MRSA).
Металлополимер сам по себе даже продемонстрировал антимикробные свойства, лизируя бактериальные клетки, не затрагивая эритроциты человека. По различным показателям в лабораторных испытаниях было обнаружено, что полимер нетоксичен для клеток человека.Проект все еще далек от клинического применения, но Тан знает, что двигаться вперед необходимо.
«В Соединенных Штатах каждый год около 100 000 пациентов умирают от инфекций, вызванных бактериями», — сказал Танг. «И проблема возрастает, потому что бактерии вырабатывают резистентность. Это действительно большая проблема не только для отдельных пациентов, но и для общества».