Es war vor 90 Jahren, dass Schimmel haben versehentlich auf eine bakterielle Kultur in Alexander Flemings Labor. Der Schottische Bakteriologe beobachtet, dass die Form produziert eine Substanz, die getötet, die die Bakterien in der Zellkultur-Schale. Er hatte entdeckt, dass Penizillin, eines der ersten Antibiotika. Es gibt jetzt mehrere Dutzend Klassen von Antibiotika auf den Markt, und die Wissenschaftler suchen weiterhin unermüdlich für neue antimikrobielle Wirkstoffe, da Sie dringend benötigt werden auch in der Medizin. Ein großer Teil dieser Drogen sind Natürliche Produkte oder nehmen Sie diese als Ihren Ursprung. Und die Methode der Erkennung ist immer noch die gleiche, wie es war im Fleming ‚ s day: wenn eine Substanz tötet die Bakterien in einer Zellkultur-Schale, dann ist es ein Antibiotikum.
Steven Schmitt und Kollegen aus der ETH-Professor Sven Panke Gruppe im Department of Biosystems Science and Engineering der ETH Zürich in Basel haben nun modernisiert und miniaturisierte Fleming ‚ s Methode, so dass es fit für high-throughput-screening von Mikroorganismen und Substanzen, die Sie produzieren. „Während zur Zeit dauert es bis zu einem Jahr zu test rund 10 000 Produzenten von Stoffen, die mit konventionellen Methoden sind wir in der Lage, zu prüfen, Millionen von Varianten innerhalb von wenigen Tagen“, sagt Schmitt, der die Methode entwickelte im Rahmen seiner Doktorarbeit an der ETH.
Die ETH-Forscher gemeinsam mit niederländischen und deutschen Kolleginnen und Kollegen, erfolgreich identifiziert eine Reihe von neuen Antibiotika-Kandidaten mit der neuen Technik. In einem nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler untersuchen, ob einige dieser Moleküle sind geeignet für die medizinische Anwendung.
„Bubble tea“ auf der Suche nach aktiven Substanzen
Alexander Fleming verwendet einen Zellkultur-Schale mit einem Durchmesser von zehn Zentimetern, aber die neue Technik, genannt nanoFleming, beschäftigt die winzigen Perlen aus gel) nur die Hälfte eines Millimeters — bringt in den Sinn bubble tea oder die molekulare Gastronomie ist imitation Kaviar. In diesen Perlen können die Wissenschaftler testen neue Wirkstoffe für die antibiotische Aktivität. Für diese, die Sie einbetten zahlreiche sensor-Bakterien zusammen mit einem Mikroorganismus produziert eine Substanz mit Potenzial antibiotische Wirkung.
Wenn der hergestellte Stoff hat eine antibiotische Wirkung, die sensor-Bakterien sterben. Wenn es keine Auswirkungen hat, Sie vermehren sich und bilden Zell-Cluster. Nach der Beschriftung der sensor-Bakterien mit einem fluoreszierenden Farbstoff markiert sind, können die Wissenschaftler die Verwendung eines high-throughput-Methode zu isolieren, schwach fluoreszierende gel-Perlen. Diese enthalten in einem Mikroorganismus produziert eine aktive Antibiotika. Die Wissenschaftler können dann gehen Sie zur Identifizierung dieser Substanz.
Wirksamer Antibiotika
Für Ihre neuste Publikation, die die Wissenschaftler kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Chemical Biology, testeten Sie eine Sammlung von 6.000 Peptide (kurze Proteine) für die antibiotische Wirkung. Diese Moleküle sind ähnlich wie ein Gruppe von bekannten Peptid-Antibiotika genannt lantibiotics. Die Wissenschaftler wollten untersuchen, ob es möglich ist zu erhöhen die Wirksamkeit von lantibiotics oder bypass-Resistenz-Mechanismen bekannt, durch die Veränderung Ihrer molekularen Struktur auf intelligente Weise.
Zusammen mit Kollegen der niederländischen und deutschen Wissenschaftlern, begannen Sie bekannt lantibiotics und Ihre strukturellen und funktionellen Untereinheiten. Unter einem Biotechnologie-Ansatz kombiniert diese verschiedenen Untereinheiten, die in allen möglichen Arten und erstellt eine Auflistung von Mikroorganismen, die zur Herstellung dieser rekombinanten Peptide. Prüfen Sie mit der nanoFleming Methode fand das team eine 11 Peptide, die entweder wirksam sind, in kleineren Dosen als die herkömmlichen lantibiotics oder sind in der Lage, bypass-Resistenz-Mechanismen bekannt.
Suche nach Substanzen in der natürlichen Welt
„Die Methode eignet sich auch hervorragend für die Untersuchung, ob Mikroorganismen, die sich in der Natur produzieren als noch unentdeckte Wirkstoffe“, sagt Schmitt. Er erklärte, dass die Mikroben zu eliminieren versuchen, Ihre Konkurrenten mit biochemischen verbindungen ist ein natürlicher und weit verbreiteten Mechanismus. Es ist daher möglich, dass neue Klassen von Antibiotika gefunden werden konnte, in Lebensräumen wie Bodenproben oder das mikrobiom gefunden, auf der menschlichen Haut und im Speichel, einem Gebiet, das noch nicht im detail untersucht worden. Die neue Technologie wird in der Lage sein, zu analysieren Mikroorganismen aus diesen Habitaten sehr gut. „Und da sind wir nun in der Lage, zu testen, viele weitere Hersteller von aktiven Stoffen in einer viel kürzeren Zeit, als möglich war, mit den bisherigen Methoden, die Chancen zu entdecken, die Wirkstoffe von seltenen Mikroorganismen sind weit größer.“
Die Technik könnte auch angepasst werden, um zu testen, für die zusätzliche Kriterien bereits während der ersten Untersuchung, wie die Stabilität von Antibiotika-Substanzen in den menschlichen Blutkreislauf oder die Vermeidung von Resistenz-Mechanismen. Darüber hinaus könnte es möglich sein, die Ausrüstung der gel-beads, die mit verschiedenen Arten von sensor-Bakterien-jene, die eine aktive Substanz sollte unbedingt töten, wie Krankheitserreger, und andere, dass es definitiv nicht Schaden, wie nützlichen Bakterien gefunden, die auf gesunder Haut oder in der oralen flora.