Inhibicija prenove celične stene Staphylococus aureus

Zaradi široko razširjene uporabe antibiotikov se pojavlja vedno več proti antibiotikom odpornih sevov. Med njimi so tudi sevi MRSA (na meticilin odporni sevi Staphylococcus aureus (S. aureus)) in VRSA (na vankomicin odporni sevi S. aureus). Zdravljenje takšnih okužb je zahtevno in zato je nujno potreben razvoj novih načinov zdravljenja. Naše pretekle raziskave, naši preliminarni rezultati in študije z izbitjem genov na N-acetilglukozaminidazah iz družine GH 73 kažejo, da imajo ti encimi pomembno vlogo pri predelovanju bakterijske celične stene in pri tvorbi biofilmov. Cilj našega projekta je validacija tarčnega potenciala N-acetilglukozaminidaz iz družine GH 73 za razvoj novih zdravil za zdravljenje okužb z bakterijo S. aureus. Tekom tega procesa bomo pridobili nov vpogled v mehanizme preoblikovanja peptidoglikana S. aureus in tvorbo biofilmov. S komplementarnimi metodami molekularne biologije, analize tridimenzionalnih struktur, encimske aktivnosti, načrtovanja inhibitorjev z virtualnim rešetanjem, sintezo načrtovanih inhibitorjev, biokemijsko in masno-spektroskopsko analizo ter opazovanjem organizma z mikroskopom, tako v obliki planktonskih celic, kot v biofilmu, bomo preučili vseh pet članov te družine (tako divji tip kot seve z izbiti geni), ki so kodirani v genomu S. aureus Mu50. Verjamemo, da ima raziskava, ki bo sistematično naslovila celotno družino N-acetilglukozaminidaz, potencial, da odkrije temeljne lastnosti in osvetli njihovo vlogi pri preoblikovanju celične stene in tvorbi biofilma. Analiza tridimenzionalnih struktur glukozaminidaz iz družine GH 73 razkriva velike razlike v vezavnem mestu za substrat. Nasprotno pa sekvenčna homologija encimov GH 73 iz S. aureus kaže, da so ostanki v aktivnem mestu ohranjeni. To nam pove, da je možno razviti inhibitor, ki bo specifično inhibiral le encime iz S. aureus. Uspešna validacija N-acetilglukozaminidaz iz S. aureus kot tarč za razvoj zdravil bi odprla nove perspektive za razvoj novih načinov zdravljenja infekcij S. aureus in s tem zmanjšala nevarnost razvoja odpornosti. Dodatno bi uspešno načrtovanje in sinteza novih substanc, ki bi inhibirale celotno družino encimov, lahko vodila do novih prototipov zdravil. Na kratko, uspešen zaključek projekta bo podal rezultate, ki bodo pripomogli k razvoju novih zdravil in s tem izboljšal učinkovitost zdravstvenega sistema v življenjsko ogrožujočih primerih okužb s proti anitibiotikom odpornimi sevi S. aureus.

S predlaganim projektom podajamo iniciativo za raziskovanje dobro znanega problema v zdravstvu, ki je na zahtevnem področju biomedicinskih znanosti svetovnega pomena. S pristopi makromolekularne kristalografije, organske sinteze, encimske kinetike, biokemijske analize razgradnih produktov in analize z masno spektroskopijo ter iz opažanj fizioloških fenomenov z mikroskopijo bomo dobili vpogled v molekulske mehanizme in procese, ki se iz perspektive N-acetilglukozaminidaz odvijajo na površini celic S. aureus. Največji potencial našega projekta bodo temeljna spoznanja o mehanizmih preučevanih encimov pri predelovanju celične stene in tvorbi biofilmov. Pridobljeno znanje in uspešen razvoj vrstno specifičnega tarčnega sistema bosta spremenila pogled na omenjeno problematiko in na pristop za zdravljenje okužb s proti antibiotikom odpornimi sevi S. aureus. Objavljeni raziskovalni izsledki v uglednih mednarodno priznanih revijah bodo povečali prepoznavnost slovenske znanosti.

Bakterije, odporne proti različnim antibiotikom, vzamejo okoli 25 000 človeških življenj letno. Dodatni stroški v zdravstvu in izgube zaradi padca produktivnosti znašajo letno okrog 1,5 milijard EUR. Vsako leto za bolnišničnimi okužbami v Evropi zboli približno štiri milijone pacientov. Zato je razvoj nove, učinkovitejše antibiotične terapije kritičnega pomena. Na žalost se mikrobi zaradi selekcijskega pritiska ob povečani uporabi antibiotikov neprestano prilagajajo, zaradi česar narašča število proti različnim antibiotikom odpornih sevov. To še posebej drži za S. aureus – seva MRSA in VRSA, ki sta že dolgo znana grožnja zdravju povsod po svetu. Poleg tega v zadnjih 30 letih ni bil razvit/odkrit niti en nov tip antibiotika. Glavni razlogi, da je antibiotična rezistenca na mrtvi točki so: -najbolj očitne tarče so že bile odkrite in so že dolgo v uporabi -stroški ne odražajo družbene vrednosti, tako razvoj novih antibiotikov ni na prioritetnih listah farmacevtskih podjetij, ker je le ta povezan z visokimi stroški, ki ne opravičujejo razvoja -večji dobiček v primerjavi z dobičkom od prodaje antibiotikov prinesejo zdravila za kronične bolezni   Posledično se razvoj novih antibiotikov pomika na področja akademskega raziskovanja. Uspešno dokončanje našega projekta in zagon raziskav, ki jih bo ta projekt spodbudil, bodo lahko vodili do razvoja novih antibiotikov, katerih tarča bosta seva MRSA in VRSA.   Kristalne strukture in tarče, ki jih bomo določili, ter na novo odkrite antibiotične spojine bodo predstavljale vir novih programov za odkrivanje novih zdravil za farmacevtsko industrijo. Da bi zaščitili intelektualno lastnino, smo pri Evropskem patentnem uradu že vložili patent za uporabo strukture avtolizina E (proteina AtlE) za namen razvoja novih zdravil. Če se projekt zaključi po pričakovanjih, bomo vložili dodatne patente, ki nam bodo omogočili zagon novih raziskovalno-industrijskih podjetij in/ali prenos našega znanja v industrijo. Nenazadnje pa je ta projekt pomemben za Center odličnosti za integrirane pristope v kemiji in biologiji proteinov (CIPKeBiP), ki je bil ustanovljen leta 2009, saj zagotavlja nadaljnjo uporabo infrastrukture centra.