Bilder visar rifampicins effekter på E. coli-bakterier
Forskare har fångat de första detaljerade bilderna som avslöjar hur det vanliga antibiotikumet rifampicin stör E. coli-bakterier på molekylär nivå. Med avancerad kryo-elektron-tomografi visualiserade forskarna hur läkemedlet binder till bakteriens maskineri och stoppar tillväxten. Resultaten, publicerade i Nature, ger nya insikter i antibiotikamekanismer.
Forskare vid University of Basel i Schweiz har producerat extraordinära mikroskopiska bilder som demonstrerar rifampicins, ett mycket använt antibiotikum, verkan på Escherichia coli (E. coli)-bakterier. Rifampicin, känt för att behandla tuberkulos och andra bakteriella infektioner, riktar sig mot enzymet RNA-polymeras, som är essentiellt för bakteriell transkription.
Studien använde kryo-elektron-tomografi, en teknik som fryser prover i glasmassigt is för att bevara deras naturliga tillstånd och möjliggör tredimensionell bildtagning med hög upplösning. Denna metod visade hur rifampicin binder direkt till RNA-polymeras, fångar det i ett stillastående komplex och förhindrar förlängningen av budbärar-RNA-strängar. Som resultat kan bakterierna inte producera nödvändiga proteiner, vilket leder till stoppad tillväxt och slutlig död.
Huvudforskaren Stefan Rieder från University of Basel förklarade betydelsen: "Dessa bilder ger en oöverträffad insikt i verkningsmekanismen för ett av de viktigaste antibiotikumen i klinisk användning." Bilderna visar täta kluster av stillastående transkriptionskomplex som ackumuleras inuti E. coli-cellerna kort efter exponering för läkemedlet, i kontrast till obehandlade celler där transkriptionen fortskrider smidigt.
Forskningen, detaljerad i en artikel publicerad i Nature den 16 oktober 2024, bygger på årtionden av biokemisk kunskap om rifampicin men markerar den första direkta visualiseringen av dess effekter i levande bakteriella miljöer. Tidigare har forskare förlitar sig på indirekta metoder som röntgenkristallografi av isolerade komponenter. Detta genombrott kan informera utvecklingen av nya antibiotika mitt i ökande antimikrobiell resistens, även om studien enbart fokuserade på E. coli och rifampicins specifika interaktioner.
Inga tidigare tidsramar för experimentet specificerades utöver bildtagningsprocessen, som ägde rum under flera timmar efter exponering. Arbetet belyser potentialen hos kryo-elektron-tomografi för att studera läkemedel-bakterie-interaktioner och erbjuder en balanserad syn på antibiotikaeffektivitet utan att direkt adressera bredare resistensfrågor.