Antibiotiese weerstand – wanneer bakterieë weerstand teen kiemdodende middels ontwikkel – hou wêreldwyd 'n beduidende bedreiging vir openbare gesondheid in, wat dit moeilik maak om algemene bakteriële infeksies doeltreffend te behandel. Antimikrobiese peptiede, of molekules wat deur 'n aantal weefsels en seltipes as 'n eerste linie van beskerming geproduseer word, is as alternatiewe terapeutiese middels voorgehou wat in die ontwikkeling van nuwe antibiotika gebruik kan word. Maar eers moet navorsers hul molekulêre struktuur en funksie in verskillende omgewings soos vloeistowwe en organiese oplosmiddels beter verstaan.
Dit is presies wat die Zimbabwies-gebore wetenskaplike, dr Cathrine Pfukwa, in haar onlangse doktorale studie aan die Universiteit Stellenbosch (US) probeer doen het. Op Donderdag 16 Desember 2021 het sy haar doktorsgraad in Fisika by die US se Desember-gradeplegtigheid verwerf.
Pfukwa het op 'n spesifieke antimikrobiese peptied, gramisidien S, wat teen 'n groot verskeidenheid van patogene doeltreffend is, gefokus. Dit word in medisynes soos suigtablette en oogdruppels gebruik om wondinfeksies te behandel.
As deel van haar studie, het Pfukwa eksperimentele en analitiese tegnieke van Fisika, Biochemie en Chemie gekombineer om te bepaal hoe die peptiedstruktuur en -aktiwiteit in verskillende omgewings, byvoorbeeld in vloeistowwe en organiese oplosmiddels, verander.
Sy sê dit is belangrik om 'n beter begrip van die peptiedstruktuur in omgewings wat verteenwoordigend van membraanomgewings is, te kry aangesien dit die aanvanklike stadia bepaal om die peptiedgedrag en interaksies met modulerende peptiedaktiwiteit te verstaan.
“Dit is van fundamentele belang om die struktuur en funksie van gramisidien S in verskillende omgewings te verstaan ten einde te bepaal hoe dit in die ontwerp van nuwe geslag antibiotiese middels gebruik kan word."
Volgens Pfukwa het haar navorsing getoon dat die blootstelling van gramisidien S aan verskillende omgewings en temperature tot verskillende steurings in die struktuur daarvan gelei het. “Dit help ons dus om waar te neem hoe hierdie toestande die struktuur en aktiwiteit beïnvloed.
“My studie werp lig op die peptiedstruktuur, die uitwerking van die aminosuurreste op die struktuur (die ruimtelike rangskikking van atome in die molekuul) en aktiwiteit, asook die interaksie met selmembrane. Dit dra ook tot die ontwikkeling van aanvanklike voorspellings van die peptiedstrukture met behulp van die gebruik van rekenaarsimulasies en teoretiese modelle. Hierdie inligting kan veral relevant wees om die ontwikkeling van antimikrobiese middels te bevorder.
“Dit stel ons in staat om moontlike vervangings of strukturele wysigings, wat aan die eienskappe van gramisidien S aangebring kan word, te ondersoek terwyl dit steeds die stabiliteit en antimikrobiese aktiwiteit behou," het sy bygevoeg.
Pfukwa sê gramisidien S beskik oor antimikrobiese aktiwiteit teen die selmembraan sowel as binne die sel. Dit teiken die selmembraan van 'n bakterie op so 'n wyse dat dit strukturele integriteit van die dubbellaag vetagtige molekules in die sel benadeel. Dit veroorsaak dat porieë vorm wat tot sel-lekkasies en gevolglik tot seluitwissing lei.
“Met sy breë aktiwiteitsspektrum, teiken die peptied die membraan as 'n geheel en is nie selektief nie; dit onderskei en ontwrig bakteriële en soogdierselle nie met gelyke vermoë nie. Dus word dit slegs lokaal gebruik.
“Dis nie verbasend dat daar volgehoue belangstelling is om hierdie antimikrobiese peptied te verstaan en derivate te ontwikkel wat minder toksies is en wat hoofsaaklik patogene teiken nie."
Pfukwa wys daarop dat die peptiedaktiwiteit teen 'n bakteriese selmembraan van die konsentrasie in die sel of op die membraan afhang, omdat 'n spesifieke konsentrasie nodig is om interpeptied-interaksie, of self-assosiasie, in 'n aktiewe vorm te aktiveer om die vorming van porieë in die membraan te veroorsaak.
“Ongelukkig is daar nie veel studies oor die self-assosiasie van peptiede in oplossingsomgewings wat die omgewing in die selmembraan-omgewing naboots nie. Dit is belangrik om die self-assosiasie te verstaan aangesien dit tot 'n beter begrip van die peptiedaktiwiteit lei."
Dr Pfukwa sê wetenskaplikes wat aan die ontwerp en sintese van nuwe antimikrobiese peptiede en geneesmiddelontwikkeling werk, sal by haar navorsing baat vind.
- Foto: Dr Cathrine Pfukwa by die gradeplegtigheidseremonie. Fotograaf: Stefan Els
