پژوهشگران اخیراً در مجله‌ی نیچر گزارش دادند که به پیشرفت زیادی در درک این موضوع که یک آنتی‌بیوتیک قدرتمند، چگونه در طبیعت ساخته می‌شود، نائل آمده‌اند. کشف آنها راز کهن ده‌ها ساله‌ای را می‌گشاید و مسیرهای پژوهشی جدیدی را به سوی هزاران مولکول مشابه که بسیاری از آنها احتمالاً به لحاظ درمانی مفیدند، باز می‌نماید.

این تیم پژوهشی روی دسته‌ای از ترکیبات، تمرکز کردند که از ده‌ها مولکول تشکیل می‌شد و همگی خواص آنتی‌بیوتیکی داشتند. مشهورترین آنها نیسین nisin است که محصولی طبیعی در شیر بوده و می‌تواند در آزمایشگاه به‌صورت مصنوعی ساخته شده و به غذاها به‌عنوان یک ماده‌ی نگهدارنده اضافه شود. نیسین از اواخر ‌دهه‌ی1960، برای نبرد با پاتوژن‌های حمل‌شونده به‌وسیله‌ی غذا، (food-borne pathogens)  استفاده شده است.

پژوهشگران مدت‌هاست توالی ژن نیسین را شناخته‌اند و می‌توانند زنجیره‌ی آمینو اسیدها را گردهم آورند (یک پپتید نامیده می‌شود)که توسط این ژن کدگذاری می‌شوند. اما پپتید بعداز این که ساخته شد، در‌معرض اصلاحات متعددی در سلول قرارمی‌گیرد که آن‌را تغییر داده و به آن شکل نهایی و کارکردش (final form & function) را می‌دهد. پژوهشگران بیش‌از 25سال تلاش کرده‌اند تا چگونگی رخ دادن این تغییرات را دریابند.

ویلفرد‌وان‌در‌دونک، پرفسور شیمی از دانشگاه ایلی‌نویز آمریکا، که سرپرستی تحقیقات را با ساتیش کا. نَییر، پرفسور بیوشیمی را برعهده دارند، معتقدند: «پپتید‌ها، کمی شبیه اسپاگتی هستند؛ برای انجام کارهایشان بسیار انعطاف دارند، بنابراین کاری که طبیعت انجام می‌دهد این است که شروع به رفع موانع در داخل، یا ساختن دوره‌ایِ پپتید می‌کند».

دکتر دونک می‌گوید: آنزیم‌های خاصی این کار را انجام می‌دهند. برای نیسین، آنزیمی به‌نام دهیدراتاز، آب را برمی‌دارد تا به شکل‌دادن نهایی، سه‌بعدی آنتی‌بیوتیک، کمک کند. این اولین مرحله در تبدیل پپتیدِ اسپاگتی ‌شکل به ساختاری پنج‌حلقه‌ای است.

حلقه‌ها برای کارکرد آنتی‌بیوتیک نیسین، ضرورت دارند: دوتا از آنها ساختار دیوار‌های سلول باکتری را متلاشی می‌کنند، درحالیکه سه‌تای دیگر سوراخ‌هایی در غشاهای باکتری ایجاد می‌نمایند. این اقدام دوگانه فوق‌العاده موثر است، چرا که کار میکروب‌ها را بسیار سخت‌تر می‌کند که مقاومتشان را در مقابل آنتی‌بیوتیک بالا ببرند.

نتایج بررسی‌های گذشته نشان‌دادند که دهیدراتاز در ایجاد این تغییرات دخیل بود، ولی پژوهشگران قادر نبودند تعیین کنند این تغییرات را چگونه انجام می‌دهند. این فقدان شناخت، مانع از کشف، تولید و بررسی ده‌ها ترکیب مشابه شده است که می‌توانند در درمان بیماری‌های انتقال یافته از غذا (food -borne diseases) یا عفونت‌های میکروبی خطرناک، مفید باشند.

مانوئل‌‌اُرتگا، عضو این تیم تحقیقاتی، به کمک فرایند موشکافانه‌ی حذف، مشخص کرد اسید آمینه‌ی گلوتامات برای تبدیل نیسین ضروری است.

نَییر گفت:«آنها دریافتند که دهیدراتاز دو کار انجام داد، یکی این که گلوتامات را به پپتیدنیسین اضافه می‌کند و دومین کارش هم این بود که گلوتامات را حذف می‌کرد. ولی یک آنزیم چگونه دو فعالیت متفاوت دارد؟»

برای کمک به پاسخ این سوال، یو هااُو، دانشجوی کارشناسی در آزمایشگاه نَییر، از کریستالوگرافی اشعه‌یX برای مجسم کردن چگونگی پیوند خوردن دهیدراتاز به نیسین، استفاده کرد. او دریافت که آنزیم، به دو طریق با پپتید، کنش‌واکنش دارد: درحالی‌که به یک بخش از پپتید چنگ انداخت و سریع آن را احاطه می‌کند، بخش متفاوت دیگری از دهیدراتاز به نصب ساختارهای حلقوی کمک می‌نماید.

نییر گفت: «بخشی از صورت ابتدایی پپتیدنیسین وجود دارد که ثابت نگاه داشته می‌شود و بخشی هم وجود دارد که منعطف است و این بخش منعطف، درواقع همان جایی است که شیمی در آن عمل می‌کند».

ارتگا همچنین کشف حیرت‌انگیز دیگری انجام داد: transfer-RNA، مولکولی که بیشتر به‌خاطر نقشش در تولید پروتئین، معروف است. این مولکول، گلوتامات را تغذیه می‌کند تا به دهیدراتاز امکان دهد که در شکل‌دادن نیسین به‌صورت فُرم نهایی و فعالش، کمک کند.

دکتر دونک می‌گوید: «در این بررسی، ما سوالات بسیاری را پاسخ دادیم که چگونه دهیدراته‌کردن در سطح شیمیایی کار می‌کند و این نتیجه حاصل‌‌شد که در ‌طبیعت، تعداد نسبتاً زیادی از محصولات طبیعی با پتانسیل درمانی با مدلی مشابه ساخته می‌شوند. این درواقع مثل روشن‌کردن چراغ در جایی است که قبلاً تاریک بوده و حالا ما و سایر آزمایشگاه‌ها قادریم هرگونه کاری را که قبلاً نمی‌توانستیم انجام دهیم، به سرانجام برسانیم».