Forscher berichten in der Zeitschrift Nature , dass sie einen Durchbruch im Verständnis, wie eine mächtige gemacht haben Antibiotikum Mittel in Natur. Ihre Entdeckung löst ein Jahrzehnte altes Geheimnis , und eröffnet neue Wege in der Forschung in die Tausende von ähnlichen Molekülen , von denen viele wahrscheinlich medizinisch nützlich zu sein sind .
Das Team konzentrierte sich auf eine Klasse von Verbindungen , die Dutzende mit antibiotischen Eigenschaften beinhaltet . Der berühmteste von ihnen ist Nisin , ein Naturprodukt Milch , die im Labor synthetisiert werden können und auf Lebensmitteln als Konservierungsmittel zugesetzt . Nisin wurde genutzt, um Krankheitserregern in Lebensmitteln seit dem Ende der 1960er Jahre zu bekämpfen.
Forscher wissen seit langem, die Sequenz des Nisin -Gen , und sie können die Kette von Aminosäuren (genannt ein Peptid ) , das von diesem Gen kodiert sind zubauen. Aber das Peptid erfährt mehrere Modifikationen in der Zelle nach der es hergestellt ist , ändert , die ihm seine endgültige Form und Funktion zu geben. Forscher haben seit mehr als 25 Jahren versucht, zu verstehen, wie diese Änderungen auftreten .
" Peptide sind ein bisschen wie Spaghetti , sie zu flexibel, um ihre Aufgaben zu erledigen sind ", sagte University of Illinois Chemie-Professor Wilfred van der Donk , der die Forschung mit Biochemie -Professor Satish K. Nair geführt. " Also, was die Natur tut, ist es beginnt Putting Knöpfe in oder anfängt, das Peptid zyklisch. "
Spezielle Enzyme diese Arbeit . Für Nisin , ein Enzym namens ein Dehydratase entfernt Wasser zu helfen, geben dem Antibiotikum seine endgültige , dreidimensionale Form . Dies ist der erste Schritt bei der Umwandlung der Spaghetti - ähnlichen Peptid in ein Fünf -Ring- Struktur , sagte van der Donk .
Die Ringe sind wesentliche antibiotische Funktion Nisin ist : Zwei von ihnen stören die Konstruktion von Bakterienzellwänden, während die anderen drei Stanzlöcher in Bakterienmembranen . Diese doppelte Wirkung ist besonders wirksam , so dass es viel schwieriger für Mikroben um Resistenz gegen das Antibiotikum entwickeln.
Frühere Studien zeigten, dass die Dehydratase wurde bei der Herstellung dieser Modifikationen beteiligt, aber die Forscher nicht gelungen, festzustellen, wie sie tat . Dieser Mangel an Einsicht hat die Entdeckung , Herstellung und Untersuchung von Dutzenden von ähnlichen Verbindungen , die auch nützlich bei der Bekämpfung der durch Lebensmittel verursachten Krankheiten oder gefährlichen mikrobiellen Infektionen verhindert werden , sagte van der Donk .
Durch eine sorgfältige Prozess der Beseitigung , Manuel Ortega , ein Doktorand in van der Donk Labor , festgestellt, dass die Aminosäure Glutamat wichtig, Transformation Nisin war .
" Sie fanden heraus, dass die Dehydratase hat zwei Dinge ", sagte Nair. "Einer ist, dass es aufgenommen Glutamat ( auf die Nisin -Peptid) , und die zweite, was er tat, war es eliminiert Glutamat. Aber wie funktioniert ein Enzym zwei verschiedene Tätigkeiten ? "
Um diese Frage zu beantworten , Yue Hao, ein Doktorand in Nair Labor , verwendet Röntgenkristallographie zu visualisieren, wie die Dehydratase mit dem Nisin Peptid gebunden . Sie fanden heraus, dass das Enzym in Wechselwirkung mit dem Peptid in zwei Arten: Es erfaßt einen Teil des Peptids und hielt sie fest , während ein anderer Teil des Dehydratase half Installieren der Ringstrukturen .
"Es ist ein Teil des Nisin Vorläuferpeptid , das ruhig gehalten wird , und es gibt einen Teil , der flexibel ist . Und der flexible Teil ist eigentlich, wo die Chemie durchgeführt wird ", sagte Nair.
Ortega auch aus einem anderen eine überraschende Entdeckung : Transfer - RNA , ein Molekül, bekannt für seine Rolle bei der Proteinproduktion bekannt ist, liefert das Glutamat , die die Dehydratase zur Gestaltung der Nisin in seine endgültige , aktive Form ermöglicht .
"In dieser Studie , lösen wir viele Fragen, die Menschen haben , wie gehabt Entwässerung arbeitet auf einer chemischen Ebene ", sagte van der Donk . " Und es stellt sich heraus, dass in der Natur eine ziemlich große Anzahl von natürlichen Produkten - viele von ihnen mit therapeutischem Potenzial - werden in ähnlicher Weise hergestellt . Das ist wirklich wie das Einschalten von Licht , wo es dunkel war , bevor , und jetzt haben wir und andere Labors alle möglichen Dinge , die wir nicht vorher tun können. "