来自伦敦大学圣乔治城的研究人员使用了一种新的超高精度x射线散射技术来揭示细菌中金属离子的位置和身份，这些金属离子对抗生素发挥最佳作用至关重要。
许多种类的细菌产生一种叫做拓扑异构酶IV的酶分子，这种酶分子可以解开并分离细菌内部复杂结构中新复制的DNA，使细胞能够分裂和繁殖。
被称为氟喹诺酮类的抗菌药物。可以杀死多种细菌的“寻找”镁离子并与这种复杂结构结合。一旦结合，药物通过阻断拓扑异构酶发挥其致命作用，并最终阻止细菌细胞繁殖。
通过使用两种确定能量的x射线束，研究小组确定了药物和酶结合的镁离子的确切位置，并且在世界上第一次，他们确定了酶复合体中钾离子和氯离子的存在。
研究人员表示，这一突破可能开启针对一系列疾病的新型抗菌药物的开发。
这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上，由伦敦大学圣乔治市神经科学和细胞生物学研究所的马克·费舍尔教授与帝国理工学院和钻石光源公司的科学家合作领导。
“许多杀死细菌的酶和重要药物都依赖于金属离子的活性。我们使用x射线散射的突破比以前更精确地揭示了金属离子的身份和位置，应该成为酶学和药物开发新进展的跳板，”Fisher教授说。
x射线散射研究的是施加x射线束时金属离子产生的能量。当使用不同能量的x射线束时，所释放的能量的变化揭示了不同金属离子的身份及其在生物结构中的位置。
在钻石光源同步加速器上，来自I23光束线的x射线为肺炎链球菌的德拉沙星结合拓扑异构酶IV提供了新的见解，肺炎链球菌是社区获得性肺炎的主要原因，并导致包括脑膜炎和败血症在内的其他危及生命的疾病。
肺炎球菌肺炎在年轻人和老年人中普遍存在，每年在全世界造成约100万5岁以下儿童死亡。
Fisher教授补充说:“对氟喹诺酮类药物、它们的拓扑异构酶靶点以及镁、钾和氯离子的作用的更深入了解，有望有助于设计药物，以应对日益严重的耐药疾病问题。”
这项工作是在与帝国理工学院的结构生物学家和联合领导马克·桑德森教授长期合作之后进行的，他们一起解决了许多拓扑异构酶-药物复合物的结构，这对推进抗菌药物的开发至关重要。
桑德森说:“如果没有城市圣乔治大学、帝国理工大学和钻石同步加速器的研究小组，他们在解决DNA拓扑异构酶中离子的催化和结构作用的关键问题上的专业知识差异很大，这项研究是不可能完成的。”
