KJEMI nr. 4 - 2017

12 KJEMI 4 2017 Dessverre vil disse tiltakene bare utsette problemet, og vi ser også på norske sykehus pasienter med infeksjoner som bærer gener for beta-laktamaser som også bryter ned karbapenemer. Per dags dato er de fleste tilfellene assosiert med utenlandsreise eller sykehusopphold, men det er nok et tidsspørsmål før vi oppdager lokale smittereservoir. Hvordan finner vi nye medisiner? Mange medisiner er tilsynelatende blitt til på slump slik som penicillin, og selv om det er blitt sagt at «luck favors the prepa- red mind», så kan det ikke sies å være veldig intellektuelt sti- mulerende å lete etter legemidler som nåla i høystakken. Tusenvis av forsøk er blitt gjort med ekstrakter fra ulike orga- nismer, og i starten var det utrolig fruktbart, og de fleste anti- biotika har sitt opphav i denne tidlige innsatsen. Særlig ukrai- neren Selman Waksman oppnådde mye, ved å systematisk teste streptomyces -bakterier fant gruppen hans 20 nye antibiotika, og han fikk nobelprisen for sin innsats i oppdagelsen av strep- tomycin. I løpet av 1960-tallet sluttet Waksman sin plattform å pro- dusere nye legemidler, og det var på tide å lete nye plasser. Legemiddelselskapene bygde da biblioteker med millioner av forbindelser som de kunne teste ved hjelp av store robotiserte systemer. Men enzymene er selektive, og sannsynligheten for å få ut et legemiddel er skrekkelig liten. Både AstraZeneca og GlaxoSmithKline måtte til sist innrømme nederlag, etter å ha utført 60-70 screen hver uten nevneverdige resultater. Et pro- blem her er at mange av forbindelsene er inkludert fordi orga- nisk kjemikere syns de er enkle å lage, mens mange av de mo- lekylene naturen lager er skrekkelig kompliserte. Det er også blitt tydelig at det er forskjell i egenskapene til medisiner som skal transporteres inn i menneskelige celler og antibiotika som skal inn i bakterieceller. Enda er det ikke klart hva som egent- lig skal til for å få forbindelser til å krysse cellemembranene til bakterier. En tredje vei, som jeg tror er veien fremover, er å forenkle molekylene enda mer. I fragment-basert legemiddelutvikling har man små biblioteker på 500 til 10000 forbindelser. Målet er ikke å finne et ferdig legemiddel, men å finne fragmenter (byg- gestener) som passer inn i enzymet man ønsker å hindre. Hvis man klarer å finne flere fragmenter kan man prøve å bygge de sammen for å få det endelige legemiddelet. Fragmenter krever sensitive forsøk Ulempen med å bruke fragmenter er at selv om mange fragmen- ter kan forventes å binde (siden de er så små), så binder de fleste så svakt at det stiller store krav til metoden og instrumentet som skal brukes til å detektere bindingen. En metode som er mye brukt er overflate plasmon-resonans, oftest kjent med sin engelske forkortelse SPR. Metoden er avan- sert, men veldig sensitiv når alt fungerer. I korte trekk baseres metoden på at lysbrytingen/refraktiviteten til et metall (vanligvis gull) endres avhengig av hva som er på overflaten til metallet (overflateplasmonresonans). Biomolekyler som for eksempel enzymer kan festes til overflaten, og hvordan vinkelen til en laserstråle som reflekteres over overflaten endres vil vise hvor sterk interaksjonen er. Metoden lar seg automatisere godt og prøveforbruket er veldig lavt, og på den måten egner metoden seg godt for fragment-basert screening. Ulempen er at instrumentet er dyrt og analysen nokså langsom. Sensitivitet skaper problemer Et problem når man ønsker å bruke SPR for fragment-basert lege- middelutvikling er at metoden er så sensitiv at det er stor risiko for falske positive, altså at analysen beskriver forbindelser som positive, selv om de ikke har den ønskede effekten på målet. For å parafrasereAnna Karenina; alle falske positive er falsk på sin måte. Noen forbindelser vil ødelegge eller reagere med enzymer uspesifikt, mens andre har spesielle interaksjoner med instrumentet. Etterhvert som flere laboratorier over hele verden har begynt å lete etter nye legemidler er det stadig flere falske positive (ofte kalt PAINs for Pan-Assay INterferences) som rapporteres, og det er ty- delig at mange ikke har brukt tid på å studere litteraturen. Jo flere forsøk man mer jo mer sikker kan man være på at de forbindelsene man finner faktisk fungerer. Nyttige tiltak kan være blant annet å bruke en annen metode (som bekreftelse), teste lignende molekyler for å se om de har lignende aktivitet eller å bestemme strukturen av komplekset med enzymet og den aktuelle forbindelsen (kan være veldig vanskelig). OXA-48 – en formidabel trussel Blant de flere hundre beta-laktamasene er det noen virkelig skrem- mende enzymer som gjør bakterier resistente mot viktige antibioti- ka. OXA-48 er ett av de mest fryktede siden det kan bryte ned kar- Fig. 1. Flemings orginale kulturplate, det store hvite feltet er der en koloni av muggsoppen Penicillium chrysogenum tok livet av stafylokokkbakteriene. Creative Commons - AlanCannPhoto. Fig. 2. Molekylbyggesettversjon av penicillin. Legg merke til fire-ringen i midten som er kritisk for beta-laktam antibiotika sin virkning. Fig. 3. Beta-laktamaser er hydrolaser, som spalter molekyler ved å introdusere ett vannmolekyl. For beta-laktam antibiotika betyr dette at beta-laktam-ringen åpnes og at det mister sin virkning mot bakterier.