Odkrili so, da antibiotik lolamicin uničuje nevarne bakterije, ne da bi poškodoval črevesni mikrobiom.

Nedavna študija, objavljena v reviji Nature, je pokazala, da so ameriški znanstveniki razvili in odkrili nov selektivni antibiotik, imenovan lolamicin, ki cilja na sistem transporta lipoproteinov pri gramnegativnih bakterijah. Raziskovalci so ugotovili, da je lolamicin učinkovit proti gramnegativnim patogenom, odpornim na več zdravil, kaže učinkovitost pri mišjih modelih okužb, ohranja črevesni mikrobiom in preprečuje sekundarne okužbe.

Antibiotiki lahko motijo črevesni mikrobiom, kar vodi do večje dovzetnosti za patogene, kot je C. difficile, in povečuje tveganje za prebavne, ledvične in hematološke težave. Večina antibiotikov, ne glede na to, ali so grampozitivni ali širokospektralni, škoduje črevesnim komenzalom in povzroča disbiozo. Vpliv antibiotikov, ki delujejo samo na gramnegativne bakterije, na mikrobiom ni jasen zaradi njihove redkosti. Njihovo odkrivanje je težko, ker je večina tarč antibiotikov skupnih tako grampozitivnim kot gramnegativnim bakterijam. Ker črevesni mikrobiom vsebuje veliko gramnegativnih bakterij, lahko promiskuitetni antibiotiki, kot je kolistin, povzročijo znatno disbiozo, kar omejuje njihovo uporabo.

Kljub naraščajoči potrebi po novih antibakterijskih zdravilih za gramnegativne bakterije zaradi vztrajnih okužb Uprava za hrano in zdravila (FDA) v zadnjih 50 letih ni odobrila nobenega novega razreda zdravil. Odkrivanje otežuje kompleksna membranska struktura in iztočne črpalke gramnegativnih bakterij. Razvoj antibiotika, ki deluje samo na gramnegativne bakterije in ohranja mikrobiom, zahteva ciljanje na pomembno beljakovino, značilno za gramnegativne bakterije, s pomembnimi razlikami v homologiji med patogenimi in komenzalnimi bakterijami. V tej študiji so znanstveniki razvili in poročali o novem antibiotiku, imenovanem lolamicin, ki cilja na periplazemski transportni sistem lipoproteinov Lol, pomemben za različne gramnegativne patogene.

V tej študiji so se raziskovalci osredotočili na LolCDE, ključno komponento sistema Lol pri gramnegativnih bakterijah. Izvedeni so bili presejalni testi za iskanje potencialnih zaviralcev tega sistema, ki so bili nato sintetizirani in ovrednoteni. Učinkovitost lolamicina je bila preizkušena proti kliničnim izolatom E. coli, K. pneumoniae in E. cloacae, odpornim na več zdravil. Študije občutljivosti so bile izvedene z lolamicinom in drugimi spojinami.

Razvili so mutante, odporne na lolamicin, in primerjali njihovo sposobnost preživetja. Baktericidno delovanje lolamicina so preučevali z uporabo rastnih krivulj. Za opazovanje fenotipskih sprememb v ciljnih bakterijah so uporabili konfokalno mikroskopijo. Za raziskovanje vezavnih mest in mehanizma inhibicije lolamicina so uporabili molekularno modeliranje in dinamične simulacije, ansambelsko spajanje in analizo grozdov.

Poleg tega so miši tri dni intraperitonealno zdravili s piridinpirazolom (spojina 1) in lolamicinom. Za oceno biološke uporabnosti lolamicina so bile izvedene farmakokinetične študije. Za primerjavo učinkovitosti lolamicina in spojine 1 pri zdravljenju pljučnice in sepse so uporabili modele okužb, pri čemer je bil lolamicin uporabljen tudi peroralno. Mikrobiome miši so analizirali z uporabo njihovih fekalnih vzorcev s sekvenciranjem 16S ribosomske RNA. Poleg tega so bile miši, zdravljene z antibiotiki, izpostavljene C. difficile, da bi ocenili njihovo sposobnost samostojnega odstranjevanja patogena.

Lolamicin, zaviralec kompleksa LolCDE, je pokazal visoko aktivnost proti specifičnim gramnegativnim patogenom z nizko akumulacijo v E. coli. Lolamicin je pokazal selektiven učinek, saj je prizadel tako grampozitivne kot gramnegativne komenzalne bakterije. Pokazal je minimalno toksičnost za sesalske celice in ostal učinkovit v prisotnosti človeškega seruma. Lolamicin je pokazal visoko aktivnost proti kliničnim izolatom E. coli, K. pneumoniae in E. cloacae, odpornim na več zdravil. Lolamicin je prekosil druge spojine z ozkim razponom minimalnih inhibitornih koncentracij in učinkovitostjo proti sevom, odpornim na več zdravil.

Sekvenciranje lolCDE v odpornih sevih ni pokazalo mutacij, povezanih z odpornostjo na lolamicin, kar poudarja njegov potencial kot obetavnega kandidata za antibiotik. Lolamicin je pokazal nizko pogostost odpornosti med sevi. Proteina LolC in LolE sta bila identificirana kot tarči, s specifičnimi mutacijami, povezanimi z odpornostjo. Lolamicin je pokazal bodisi baktericidno bodisi bakteriostatično delovanje proti testiranim bakterijam. Opazili so otekanje celic, zdravljenih z lolamicinom, kar kaže na oslabljen transport lipoproteinov. Mutanti, odporni na lolamicin, so pokazali spremenjene fenotipske odzive na zdravljenje, kar potrjuje vpletenost LolC in LolE.

Lolamicin je oslabil transport lipoproteinov s kompetitivno inhibicijo vezave na BS1 in BS2. Ugotovljeno je bilo, da so prevladujoče hidrofobne interakcije, kar pojasnjuje zmanjšano učinkovitost spojin s primarnimi amini. Mutacije, ki povzročajo odpornost, so vplivale na vezavno afiniteto lolamicina, kar je poudarilo njihovo vlogo pri destabilizaciji vezavnih mest. Lolamicin je pokazal boljšo učinkovitost v primerjavi s spojino 1 pri zmanjševanju bakterijske obremenitve in povečanju preživetja v modelih okužb, ki vključujejo bakterije, odporne na več zdravil, kot so E. coli AR0349, K. pneumoniae in E. cloacae.

Peroralna uporaba lolamicina je pokazala znatno biološko uporabnost in učinkovitost, saj je zmanjšala bakterijsko obremenitev in povečala preživetje pri miših, okuženih z E. coli, odporno na kolistin. Lolamicin je imel minimalen vpliv na črevesni mikrobiom, hkrati pa je ohranil njegovo bogastvo in raznolikost v primerjavi z amoksicilinom in klindamicinom. Miši, zdravljene z lolamicinom, in kontrolne skupine so pokazale minimalno kolonizacijo s C. difficile. Nasprotno pa miši, zdravljene z amoksicilinom ali klindamicinom, niso uspele odstraniti C. difficile, vendar so pokazale visoko kolonizacijo skozi celoten poskus.

Skratka, ta pionirska študija opredeljuje lolamicin kot specifičen antibiotik, ki ima potencial za zmanjšanje poškodb črevesnega mikrobioma in preprečevanje sekundarnih okužb. Za potrditev klinične uporabnosti zdravila so potrebne nadaljnje študije in klinična preskušanja. V prihodnosti bi lahko učinek lolamicina na ohranjanje mikrobioma v klinični praksi prinesel pomembne prednosti pred trenutnimi antibiotiki širokega spektra delovanja, kar bi izboljšalo izide zdravljenja bolnikov in splošno zdravje.