X射線散射技術確定抗生素藥物開發的新目標

倫敦大學聖喬治市的研究人員使用一種新型超高精度 X 射線散射技術來揭示細菌中金屬離子的位置和身份，這對於抗生素發揮最佳作用至關重要。

許多類型的細菌都會產生一種稱為拓樸異構酶 IV 的酵素分子，它可以解開並分離細菌內複雜結構中新複製的 DNA，使細胞能夠分裂和繁殖。

稱為氟喹諾酮類藥物（例如德拉沙星）的抗菌藥物可以殺死多種細菌，「尋找」鎂離子並與這種複雜的結構結合。一旦結合，藥物就會透過阻斷拓樸異構酶的工作來發揮其致命作用，並最終阻止細菌細胞繁殖。

透過使用兩種確定能量的 X 射線束，研究小組確定了藥物和酵素結合的鎂離子的確切位置，並且在世界範圍內首次確定了鉀和鉀離子的存在。在酵素複合物中。

研究人員表示，這項突破可能引發新的開發針對一系列疾病。

研究表明，發表在美國國家科學院院刊，由倫敦大學聖喬治市神經科學和細胞生物學研究所的 Mark Fisher 教授與帝國理工和鑽石光源公司的科學家共同領導。

「許多殺死細菌的酵素和重要藥物都依賴於為他們的活動。我們使用 X 射線散射的突破比以前更精確地揭示了金屬離子的身份和位置，應該成為酶學和藥物開發新進展的跳板，」費雪教授說。

X 射線散射研究施加 X 射線束時金屬離子產生的能量。使用不同能量的 X 射線束時釋放的能量變化揭示了不同金屬離子的身份及其在生物結構中的位置。

在鑽石光源同步加速器中，來自I23 光束線的X 射線為肺炎鏈球菌的德拉沙星結合拓撲異構酶IV 提供了新的見解，這種細菌是社區獲得性肺炎的主要原因，並導致其他危及生命的疾病，包括腦膜炎和肺炎。

肺炎球菌肺炎在年輕人和老年人之間都很流行，每年導致全世界約 100 萬 5 歲以下兒童死亡。

費雪教授補充說：「對氟喹諾酮類藥物、其拓撲異構酶靶點以及鎂、鉀和氯離子作用的更深入了解將有望有助於藥物設計，以應對日益嚴重的抗藥性疾病問題。

這項工作是與結構生物學家、帝國學院聯合首席教授Mark Sanderson 長期合作完成的，他們共同解決了許多拓撲異構酶-藥物複合物的結構，這些複合物對於推進抗菌藥物的開發至關重要。

桑德森說：「這如果沒有將聖喬治市、帝國學院和鑽石同步加速器的具有截然不同專業知識的團隊聚集在一起來解決離子在DNA 拓撲異構酶中的催化和結構作用的關鍵問題，這是不可能的。 」