Bolo objavené antibiotikum lolamycín, ktoré zabíja nebezpečné baktérie bez poškodenia črevného mikrobiómu

Nedávna štúdia publikovaná v Nature ukázala, že vedci v USA vyvinuli a objavili nové selektívne antibiotikum nazývané lolamycín, ktoré sa zameriava na transportný systém lipoproteínov v gramnegatívnych baktérie. Vedci zistili, že lolamycín je účinný proti multirezistentným gramnegatívnym patogénom, je účinný v modeloch myších infekcií, zachováva črevný mikrobióm a zabraňuje sekundárnym infekciám.

Antibiotiká môžu narušiť črevný mikrobióm, čo vedie k zvýšenej náchylnosti na patogény, ako je C. Difficile, a k zvýšeniu rizika gastrointestinálnych, renálnych a hematologických problémov. Väčšina antibiotík, či už grampozitívnych alebo širokospektrálnych, poškodzuje črevné komenzály a spôsobuje dysbiózu. Vplyv iba gramnegatívnych antibiotík na mikrobióm je nejasný kvôli ich vzácnosti. Ich detekcia je ťažká, pretože väčšinu antibiotických cieľov zdieľajú Gram-pozitívne a Gram-negatívne baktérie. Keďže črevný mikrobióm obsahuje rôzne gramnegatívne baktérie, promiskuitné antibiotiká, ako je kolistín, môžu spôsobiť výraznú dysbiózu, čo obmedzuje ich použitie.

Napriek rastúcej potrebe nových antibakteriálnych látok pre gramnegatívne baktérie v dôsledku rezistentných infekcií nebola za posledných 50 rokov schválená žiadna nová trieda zo strany Úradu pre potraviny a liečivá (FDA). Objav komplikuje zložitá membránová štruktúra a efluxné pumpy gramnegatívnych baktérií. Vývoj iba gramnegatívneho antibiotika, ktoré zachováva mikrobióm, si vyžaduje zacielenie na dôležitý proteín jedinečný pre gramnegatívne baktérie s významnými rozdielmi v homológii medzi patogénnymi a komenzálnymi baktériami. V tejto štúdii vedci vyvinuli a oznámili nové antibiotikum nazývané lolamycín, ktoré sa zameriava na periplazmatický lipoproteínový transportný systém Lol dôležitý pre rôzne gramnegatívne patogény.

V tejto štúdii sa vedci zamerali na LolCDE, kľúčovú zložku systému Lol v gramnegatívnych baktériách. Uskutočnili sa screeningy, aby sa našli potenciálne inhibítory tohto systému, ktoré sa potom syntetizovali a vyhodnotili. Účinnosť lolamycínu bola testovaná proti multirezistentným klinickým izolátom E. Coli, K. Pneumoniae a E. Cloacae. Štúdie citlivosti boli vykonané s lolamycínom a inými zlúčeninami.

Boli vyvinuté mutanty rezistentné na lolamycín a porovnané z hľadiska vhodnosti. Baktericídny účinok lolamycínu bol študovaný pomocou rastových kriviek. Na pozorovanie fenotypových zmien v cieľových baktériách bola použitá konfokálna mikroskopia. Na skúmanie väzobných miest a mechanizmu inhibície lolamycínu sa použili molekulárne modelovanie a dynamické simulácie, dokovanie súboru a klastrová analýza.

Okrem toho boli myši liečené pyridínpyrazolom (zlúčenina 1) a lolamycínom intraperitoneálne počas troch dní. Farmakokinetické štúdie sa uskutočnili na vyhodnotenie biologickej dostupnosti lolamycínu. Na porovnanie účinnosti lolamycínu a zlúčeniny 1 pri liečbe pneumónie a septikémie sa použili infekčné modely, pričom lolamycín sa podával aj perorálne. Mikrobiómy myší boli analyzované pomocou ich fekálnych vzoriek prostredníctvom sekvenovania 16S ribozomálnej RNA. Okrem toho boli myši liečené antibiotikami vystavené C. Difficile, aby sa posúdila ich schopnosť samostatne odstrániť patogén.

Lolamycín, inhibítor komplexu LolCDE, preukázal vysokú aktivitu proti špecifickým gramnegatívnym patogénom s nízkou akumuláciou v E. Coli. Lolamycín vykazoval selektivitu a zachoval grampozitívne aj gramnegatívne komenzálne baktérie. Preukázal minimálnu toxicitu pre bunky cicavcov a zostal účinný v prítomnosti ľudského séra. Lolamycín preukázal vysokú aktivitu proti multirezistentným klinickým izolátom E. Coli, K. Pneumoniae a E. Cloacae. Lolamycín prekonal iné zlúčeniny, pričom vykazoval úzky rozsah minimálnych inhibičných koncentrácií a účinnosť proti kmeňom rezistentným voči viacerým liekom.

Sekvenovanie lolCDE v rezistentných kmeňoch neodhalilo žiadne mutácie spojené s rezistenciou na lolamycín, čo poukazuje na jeho potenciál ako sľubného kandidáta na antibiotikum. Lolamycín vykazoval nízku frekvenciu rezistencie medzi kmeňmi. Proteíny LolC a LolE boli identifikované ako ciele so špecifickými mutáciami spojenými s rezistenciou. Lolamycín vykazoval proti testovaným baktériám buď baktericídne alebo bakteriostatické účinky. Bol pozorovaný opuch buniek ošetrených lolamycínom, čo naznačuje narušenie transportu lipoproteínov. Mutanty rezistentné na lolamycín vykazovali zmenené fenotypové reakcie na liečbu, čo naznačuje zapojenie LolC a LolE.

Lolamycín narušil transport lipoproteínov kompetitívnou inhibíciou väzby na miestach BS1 a BS2. Hydrofóbne interakcie sa ukázali ako hlavné, čo vysvetľuje pokles účinnosti zlúčenín s primárnymi amínmi. Rezistentné mutácie ovplyvnili väzbovú afinitu lolamycínu, čím sa zdôraznila ich úloha pri destabilizácii väzbových miest. Lolamycín preukázal lepšiu účinnosť v porovnaní so zlúčeninou 1 pri znižovaní bakteriálnej záťaže a zvyšovaní prežitia v infekčných modeloch zahŕňajúcich multirezistentné baktérie, ako sú E. Coli AR0349, K. Pneumoniae a E. Cloacae.

Orálne podanie lolamycínu ukázalo významnú biologickú dostupnosť a účinnosť, zníženie bakteriálnej záťaže a zvýšenie prežitia myší infikovaných E. Coli rezistentnými na kolistín. Lolamycín mal minimálne účinky na črevný mikrobióm, pričom si zachoval svoju bohatosť a rozmanitosť v porovnaní s amoxicilínom a klindamycínom. Minimálna kolonizácia C. Difficile bola pozorovaná u myší liečených lolamycínom a kontrolných zvierat. Naproti tomu myši liečené amoxicilínom alebo klindamycínom nedokázali vyčistiť C. Difficile, čo vykazovalo vysokú kolonizáciu počas experimentu.

Na záver, táto priekopnícka štúdia identifikuje lolamycín ako špecifické antibiotikum, ktoré má potenciál minimalizovať poškodenie črevného mikrobiómu a predchádzať sekundárnym infekciám. Na potvrdenie klinickej užitočnosti lieku je potrebný ďalší výskum a klinické skúšky. V budúcnosti môžu mikrobiómové konzervačné účinky lolamycínu poskytnúť významné výhody oproti súčasným širokospektrálnym antibiotikám v klinickej praxi, zlepšiť výsledky pacientov a celkové zdravie.