未來有一天，或許可以透過簡單地關閉入侵的細菌來對抗感染。至少，耶魯大學的一個研究小組正在研究核糖開關——細胞中未翻譯的RNA短片段，用於監測細胞中的小化合物，如核苷酸、氨基酸和糖類——以控制基因表達，這項新技術有望實現這一目標。這項新興技術目前正在實驗室中對簡單細菌進行測試，它可能很快會構成一類新型抗生素，這種20世紀的神奇“魔彈”突然遇到了不斷進化的細菌的耐藥性。
大多數抗生素透過靶向核糖體以阻止蛋白質合成或靶向參與DNA複製的蛋白質來破壞細菌細胞。一些抗生素透過干擾細胞壁的生物合成或葉酸（一種對新細胞的維持至關重要的B族維生素）起作用。“目前還沒有針對RNA介導的基因調控的方法，”細胞生物學家羅納德·布雷克實驗室的博士後研究員肯尼斯·布朗特指出，他是本週發表在《自然化學生物學》雜誌上的核糖開關研究的第一作者。布雷克的研究小組試圖利用他們在2002年首次表徵的核糖開關。在目前的研究中，他們創造了氨基酸賴氨酸的變體，以靶向其核糖開關類別。“如果藥物化合物能夠很好地模仿這種代謝物，它們就會與核糖開關結合，並欺騙細胞認為它正處於代謝物豐富的環境中，實際上它卻正處於缺乏狀態，”布雷克解釋說。如果核糖開關認為細胞中賴氨酸過量，它就會關閉其生產。在沒有賴氨酸的情況下，細菌將無法將其RNA翻譯成蛋白質，這將停止其生長。
為了實現這種化學欺騙，耶魯研究小組從賴氨酸分子開始，進行了輕微的化學修飾。這些改變範圍很廣，從用硫或氧原子替換其主鏈中的碳原子到在其末端附加龐大的基團。然後，該小組在一種常見的土壤細菌——枯草芽孢桿菌中測試了每個版本，以觀察賴氨酸核糖開關是否會與它們結合，而細胞的其他部分會忽略它們，因為它們知道它實際上不是氨基酸。結合效果最好的三個版本涉及在賴氨酸鏈中第四個碳的位置進行取代。“這有點像鎖和鑰匙的機制，其中有幾個位置核糖開關沒有彈子，”布朗特解釋說。“但是，在其他位置，如果你更換鑰匙，它就不適合了。”奇怪的是，這些配置被證明在抑制細菌生長方面最有效。
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為了測試生長抑制是否是有效結合的結果，該小組在富含藥物的培養基中培養細菌，以便菌株能夠對冒充賴氨酸分子的物質產生耐藥性。當他們將所有化合物引入這些突變細菌時，他們發現一些細胞確實存活了下來。在對活細胞進行測序後，他們確定這些細胞的賴氨酸核糖開關發生了突變。事實上，據布朗特說，它們的“突變方式使得核糖開關不再能很好地與藥物結合，並且突變方式使得核糖開關不再能關閉由該開關控制的基因”。布雷克補充說：“這確實強烈暗示核糖開關是這些藥物的靶點。”
安大略省漢密爾頓麥克馬斯特大學的生物化學家傑拉德·賴特表示，布雷克研究小組的這項工作對於對抗日益增長的抗菌素耐藥性至關重要：“在微生物基因組中，存在一系列我們真的不瞭解其作用的小型非編碼RNA。其中許多很可能就是核糖開關。”
布雷克在《大眾科學》2007年1月刊上發表了一篇關於核糖開關的專題文章。他告誡說，他的研究是在非常特定的條件下進行的，其結果尚未適用於治療動物感染：“我們可以很好地治癒塑膠試管中的細菌感染。但是，當涉及到患者時，挑戰要大得多。”例如，在人體中，細菌細胞將被富含賴氨酸的培養基包圍，因此它不需要自己提供氨基酸。不過，他指出，許多類別的核糖開關都可以作為靶點，包括核黃素和B12等維生素衍生物以及其他氨基酸的核糖開關。儘管如此，展望未來，賴特指出，“該領域需要新的方法，而這正是其中之一。”