これらの超高速タイムスケールで、チームは、薬物が細菌の保護外層に顕微鏡的な毛穴を作成することを観察し、その内容物が漏れ、細胞が死にます。
実験は彼らの種類の最初のものであり、結果は細菌膜をより具体的に標的とするより効果的な抗生物質を設計する方法を開く可能性があります。
この研究は、Journal ACS Central Scienceに掲載されています。
抗生物質はどのように機能しますか？
抗生物質が細菌を殺す1つの方法は、リン脂質二重層で構成される細菌の外膜の完全性を標的と損傷することです。
これらは、すべての細菌細胞の周りに障壁を形成する脂肪分子（リン脂質）の2層です。二重層は、膜の脂質の種類と数に依存する、その流動性などの独自の物理的特性を持つ動的で複雑な構造です。
膜の破壊は細菌の死の主な原因ですが、主にこれらのイベントが非常に短いタイムスケールで発生するため、これがどのように正確に起こるかは完全には理解されていません。
現在の研究では、実験と計算シミュレーションを組み合わせて膜の損傷に関与する初期プロセスを調べることにより、この知識のギャップに対処します。
目に見えないものをキャプチャします
オックスフォード大学とカリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者が率いるチームは、高速原子力顕微鏡（HS-AFM）を使用して、ほぼリアル時に細菌膜と相互作用する膜破壊抗生物質を視聴しました。
高速機器は、振動するナノスケールチップと柔らかい素材との相互作用を毎秒約770,000フレームの速度で記録し、従来のイメージング方法を使用しては見られない詳細を明らかにします。
チームは、抗生物質が細菌膜と接触した後、マイクロ秒からミリ秒のタイムスケールで発生するイベントをキャプチャするために、機器のユニークな機能を使用して、細胞死プロセスのまさに始まりを観察できるようにしました。
オックスフォードの化学省のアレクサンダー・ブブリッツ教授は次のように述べています。「このような小さな長さのスケールで高速プロセスを画像化することは非常に困難ですが、このツールと計算シミュレーションを組み合わせることで、抗生物質薬が膜を壊させる方法を理解し始めることができます。その後、その情報を使用して、細菌膜を特異的に標的とし、より効果的に破壊するより良い薬物を設計できます。」
新しい洞察
この研究では、細菌膜の流動性と抗生物質分子結合ダイナミクスが細孔形成プロセスで果たすことが重要な役割を初めて明らかにしています。
コンピューターシミュレーションでシステムを模倣することで、研究者は抗生物質が原子レベルでどのように機能するかを見ることができました。
このシミュレーションにより、特定の膜脂質と、細孔形成プロセスに重要な特定の抗生物質膜膜相互作用を特定することができました。
この情報は、特定された脂質または抗生物質結合部位を標的とする工学的特異的分子によって、より効果的な薬物を開発するために使用できます。
