Odkrili so antibiotik lolamicin, ki ubija nevarne bakterije, ne da bi poškodoval črevesni mikrobiom

Nedavna študija, objavljena v Nature, je pokazala, da so znanstveniki v ZDA razvili in odkrili nov selektivni antibiotik, imenovan lolamicin, ki cilja na transportni sistem lipoproteinov pri gramnegativnih bakterije. Raziskovalci so ugotovili, da je lolamicin učinkovit proti gram-negativnim patogenom, odpornim na več zdravil, učinkovit je pri modelih okužbe miši, ohranja črevesni mikrobiom in preprečuje sekundarne okužbe.

Antibiotiki lahko porušijo črevesni mikrobiom, kar povzroči večjo dovzetnost za patogene, kot je C. Difficile, in poveča tveganje za prebavne, ledvične in hematološke težave. Večina antibiotikov, ne glede na to, ali so gram-pozitivni ali širokospektralni, škoduje črevesju in povzroči disbiozo. Vpliv samo po Gramu negativnih antibiotikov na mikrobiom ni jasen zaradi njihove redkosti. Njihovo odkrivanje je težko, ker si večino tarč antibiotikov delijo gram-pozitivne in gram-negativne bakterije. Ker črevesni mikrobiom vsebuje vrsto gramnegativnih bakterij, lahko promiskuitetni antibiotiki, kot je kolistin, povzročijo znatno disbiozo, kar omejuje njihovo uporabo.

Kljub vse večji potrebi po novih antibakterijskih sredstvih za gramnegativne bakterije zaradi odpornih okužb Uprava za hrano in zdravila (FDA) v zadnjih 50 letih ni odobrila nobenega novega razreda. Odkritje je zapleteno zaradi kompleksne strukture membrane in iztočnih črpalk po Gramu negativnih bakterij. Razvijanje samo po Gramu negativnih antibiotikov, ki ohranja mikrobiom, zahteva ciljanje na pomembno beljakovino, edinstveno za Gram-negativne bakterije, s pomembnimi homološkimi razlikami med patogenimi in komenzalnimi bakterijami. V tej študiji so znanstveniki razvili in poročali o novem antibiotiku, imenovanem lolamicin, ki cilja na transportni sistem periplazemskega lipoproteina Lol, ki je pomemben za različne po Gramu negativne patogene.

V tej študiji so znanstveniki ciljali na LolCDE, ključno komponento sistema Lol v gram-negativnih bakterijah. Izvedeni so bili pregledi, da bi našli potencialne zaviralce tega sistema, ki so bili nato sintetizirani in ovrednoteni. Učinkovitost lolamicina so testirali proti multirezistentnim kliničnim izolatom E. Coli, K. Pneumoniae in E. Cloacae. Študije občutljivosti so bile izvedene z lolamicinom in drugimi spojinami.

Razvili so mutante, odporne na lolamicin, in jih primerjali glede sposobnosti. Baktericidni učinek lolamicina so proučevali z rastnimi krivuljami. Za opazovanje fenotipskih sprememb ciljnih bakterij smo uporabili konfokalno mikroskopijo. Za raziskovanje vezavnih mest in mehanizma inhibicije lolamicina so bili uporabljeni molekularno modeliranje in dinamične simulacije, ansambelsko združevanje in analiza grozdov.

Poleg tega so miši tri dni intraperitonealno zdravili s piridin pirazolom (spojina 1) in lolamicinom. Izvedene so bile farmakokinetične študije za oceno biološke uporabnosti lolamicina. Modeli okužbe so bili uporabljeni za primerjavo učinkovitosti lolamicina in spojine 1 pri zdravljenju pljučnice in septikemije, pri čemer so lolamicin dajali tudi peroralno. Mikrobiome miši so analizirali z njihovimi fekalnimi vzorci s sekvenciranjem 16S ribosomske RNA. Poleg tega so bile miši, zdravljene z antibiotiki, izpostavljene C. Difficile, da bi ocenili njihovo sposobnost, da same odstranijo patogen.

Lolamicin, zaviralec kompleksa LolCDE, je pokazal visoko aktivnost proti specifičnim gramnegativnim patogenom z nizkim kopičenjem v E. Coli. Lolamicin je pokazal selektivnost in ohranil tako gram-pozitivne kot gram-negativne komenzalne bakterije. Pokazal je minimalno toksičnost za celice sesalcev in ostal učinkovit v prisotnosti človeškega seruma. Lolamicin je pokazal visoko aktivnost proti multirezistentnim kliničnim izolatom E. Coli, K. Pneumoniae in E. Cloacae. Lolamicin je bil boljši od drugih spojin, saj je pokazal ozek razpon minimalnih zaviralnih koncentracij in učinkovitost proti sevom, odpornim na več zdravil.

Sekvenciranje lolCDE v odpornih sevih ni pokazalo nobenih mutacij, povezanih z odpornostjo na lolamicin, kar poudarja njegov potencial kot obetavnega kandidata za antibiotike. Lolamicin je pokazal nizko pogostnost odpornosti med sevi. Beljakovini LolC in LolE sta bili identificirani kot tarči s specifičnimi mutacijami, povezanimi z odpornostjo. Lolamicin je pokazal baktericidne ali bakteriostatske učinke proti testiranim bakterijam. Opazili so otekanje celic, zdravljenih z lolamicinom, kar kaže na motnje v transportu lipoproteinov. Na lolamicin odporni mutanti so pokazali spremenjen fenotipski odziv na zdravljenje, kar kaže na vpletenost LolC in LolE.

Lolamicin je prekinil transport lipoproteinov s kompetitivnim zaviranjem vezave na mestih BS1 in BS2. Izkazalo se je, da so glavne hidrofobne interakcije, ki pojasnjujejo zmanjšanje učinkovitosti spojin s primarnimi amini. Mutacije odpornosti so vplivale na vezavno afiniteto lolamicina, kar je poudarilo njihovo vlogo pri destabilizaciji vezavnih mest. Lolamicin je pokazal večjo 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.

Oralno dajanje lolamicina je pokazalo pomembno biološko uporabnost in učinkovitost, zmanjšalo je bakterijsko obremenitev in povečalo preživetje miši, okuženih z E. Coli, odporno na kolistin. Lolamicin je imel minimalne učinke na črevesni mikrobiom in ohranil njegovo bogastvo in raznolikost v primerjavi z amoksicilinom in klindamicinom. Minimalno kolonizacijo C. Difficile so opazili pri miših in kontrolnih živalih, zdravljenih z lolamicinom. Nasprotno pa miši, zdravljene z amoksicilinom ali klindamicinom, niso uspele odstraniti bakterije C. Difficile, saj so med poskusom pokazale visoko kolonizacijo.

Na koncu ta pionirska študija opredeljuje lolamicin kot specifičen antibiotik, ki lahko zmanjša škodo na črevesnem mikrobiomu in prepreči sekundarne okužbe. Za potrditev klinične uporabnosti zdravila so potrebne nadaljnje raziskave in klinična preskušanja. V prihodnosti lahko učinki lolamicina na ohranjanje mikrobioma zagotovijo pomembne prednosti pred sedanjimi antibiotiki širokega spektra v klinični praksi, izboljšajo rezultate bolnikov in splošno zdravje.