Neue UCLA Forschung veröffentlicht in der Natur kann dazu führen, dass eine wirksame Alternative zu Antibiotika für die Behandlung von bakteriellen Krankheiten.
UCLA Mikrobiologen Bericht der Entdeckung einer neuen Klasse von genetischen Elemente, ähnlich wie Retroviren, dass in Bakterien, die ihnen die Diversifizierung ihrer Proteine zu binden, um eine Vielzahl von Rezeptoren. Das Team entdeckte diese grundlegende Mechanismus in der häufigste Leben? Formen auf der Erde: Bakteriophagen, Viren, die Bakterien infizieren.
"Ein Problem mit Antibiotika ist, dass Bakterien können mutieren und sich resistent gegen ein bestimmtes Antibiotikum, während das Antibiotikum ist statisch und nicht ändern können", sagte Jeffery F. Miller, Professor und Lehrstuhlinhaber für Mikrobiologie, Immunologie und Molekulare Genetik an der UCLA, UCLA, der im Besitz der M. Philip Davis Lehrstuhl für Mikrobiologie und Immunologie, und wer hat die Forschungs-Team. "Bacteriophages (" Phagen ") sind der Natur antimikrobieller Substanzen, und sie sind erstaunlich dynamisch. Wenn das Bakterium mutiert in eine Anstrengung zu entgehen, die Bakteriophagen können ihre Spezifität mit dem Mechanismus entdeckten wir, zu töten die neu resistenten Bakteriums."
Die Verwendung von Bakteriophagen zur Behandlung von Infektionen ist nicht in sich selbst eine neue Idee. "Phage-Therapie praktiziert wurde für fast ein hundert Jahre in Teilen der Welt, und sogar in den Vereinigten Staaten in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Aber nun sind wir der Meinung, wir können Ingenieur Bakteriophagen nach wie vor als" dynamischen "anti-mikrobiellen Agenten. Dies könnte uns eine erneuerbare Ressource von Smart Antibiotika zur Behandlung von bakteriellen Krankheiten ", sagte Miller, ein Mitglied der beiden UCLA's David Geffen School of Medicine und der UCLA College.
"Es ist ein bisschen ironisch, dass Viren kann verwendet werden, um bakterielle Krankheiten heilen", sagte Asher Hodes, ein UCLA Graduate Student in der Mikrobiologie, Immunologie und der molekularen Genetik, und ein Mitglied des Forschungsteams. "Dieser Ansatz kann nur dann wirksam, vor allem für Krankheiten, bei denen herkömmliche Antibiotika nicht gut funktionieren. Es ist das Potenzial für die Behandlung von bakteriellen Infektionen mit gentechnisch veränderten Phagen, die effizient bakteriellen Resistenz überwinden."
Bakteriophagen entwickelt sich rasant weiter und sind eine "Fundgrube der faszinierenden biologischen Mechanismen," sagte Miller. Seine Research-Team untersucht ein Bakteriophagen, der fähig war, zu ändern, zu erkennen, unterschiedliche Rezeptor-Moleküle auf der Oberfläche von Bakterien. Die Phagen Genom enthält eine Reihe von Genen, die von Miller's Team, dass damit diese schnell ändern Routine. Die Forscher entdeckten, dass die Phagen der Genom enthält eine "kleine genetische" Kassette ", die Funktionen zur Diversifizierung der Teil des Virus bindet an die bakteriellen Zelle. Diese Kassette ermöglicht die Phagen zu schnell entwickeln neue Varianten erkennen kann, dass Bakterien, die möglicherweise resistent geworden sind , um zur vorherigen Phagen, "sagte Miller.
Die Mikrobiologen entdeckt zunächst der Mechanismus in einem bakteriellen Virus, infiziert Bordetella bronchiseptica, die "evolutionäre Mutterunternehmen" des Bakteriums, dass die Ursachen Keuchhusten.
Wie weit verbreitet ist dieser Mechanismus? Durch die Bioinformatik und Auswertung von DNA-Sequenzen, Miller's Team hat festgestellt, Beweise für viele andere Fälle, in denen entweder Bakteriophagen oder Bakterien verwenden die gleiche Strategie für die gezielte Mutationen und Beschleunigung der Entwicklung. "Wir sind gespannt, um festzustellen, wie weit verbreitet ist, je mehr wir sehen, desto mehr finden wir es", sagte Miller. "Und je mehr wir sie studieren, desto mehr geniale den Mechanismus erscheint uns."
In der Natur Papier, das Team Berichte der Entdeckung, wie der Mechanismus funktioniert, um Mutationen Ziel, ihre Verbreitung in der Natur, und die Eigenschaften der Mechanismus, die sich auf Anwendungen für die Verwendung von es. Miller's Team ist weiterhin Studie den Mechanismus, um mehr zu erfahren über ihre biochemischen Eigenschaften, und zu entscheiden, ob höheren Formen des Lebens haben ähnliche Kassetten. "Wir suchen die Genome von höheren Lebewesen," sagte Miller.
Miller ist der Ansicht, sein Forschungsteam in der Lage, die neuen Kenntnisse, um Proteine im Labor, die Bindung an fast jedem Molekül von Interesse. "Wir sind der Meinung, wir können Proteine, Peptide binden an, und machen, dass die Peptide binden zu größeren Proteinen", sagte er.
Wie so oft in der Wissenschaft, das Projekt wurde zunächst die für einen unabhängigen Grund. Minghsun Liu, ein ehemaliger UCLA M.D.-Ph.D. Student in Miller's Labor, war auf der Suche nach Bakterien-Viren zu untersuchen Genetik, wenn er fand eine bemerkenswerte Eigenschaft in einem bestimmten Virus. Miller-Team beschlossen, Studie das Phänomen. Liu ist jetzt eine ansteckende Krankheit Fellow an der Stanford University.
"Das war serendipitous, nichts wir immer gesucht", sagte Miller. "Serendipity ist Sinnbild für viele Entdeckungen in der Wissenschaft."
Das Forschungsteam umfasst Sergei Doulatov, ehemaliger UCLA Undergraduate und ehemaliger wissenschaftlicher Mitarbeiter in Miller's Labor; Steven Zimmerly, Professor für Biochemie an der University of Calgary; Doktorand Lixin Dai an der University of Calgary; Rajendar Deora, einem ehemaligen Postdoc-Stipendiat in Miller's Labor ; Neeraj Mandhana, ein Undergraduate-Studenten in Miller's Labor; und Robert Simons, UCLA Associate Professor für Mikrobiologie, Immunologie und der molekularen Genetik. Die Forschung wurde von der National Institutes of Health.
Kontakt: Stuart Wolpert
stuartw@college.ucla.edu
310-206-0511
University of California - Los Angeles