Et antibiotikum, lolamycin, er blevet opdaget, der dræber farlige bakterier uden at beskadige tarmmikrobiomet

En nylig undersøgelse offentliggjort i Nature har vist, at forskere i USA har udviklet og opdaget et nyt selektivt antibiotikum kaldet lolamycin, der målretter mod lipoproteintransportsystemet i gramnegativ bakterie. Forskerne fandt ud af, at lolamycin er effektivt mod multiresistente gramnegative patogener, er effektivt i museinfektionsmodeller, bevarer tarmmikrobiomet og forhindrer sekundære infektioner.

Antibiotika kan forstyrre tarmmikrobiomet, hvilket fører til øget modtagelighed for patogener såsom C. Difficile og øger risikoen for gastrointestinale, nyre- og hæmatologiske problemer. De fleste antibiotika, uanset om de er grampositive eller bredspektrede, skader tarmkommensaler og forårsager dysbiose. Virkningen af kun gramnegative antibiotika på mikrobiomet er uklar på grund af deres sjældenhed. Deres påvisning er vanskelig, fordi de fleste antibiotika-mål deles af gram-positive og gram-negative bakterier. Fordi tarmmikrobiomet indeholder en række gram-negative bakterier, kan promiskuøse antibiotika såsom colistin forårsage betydelig dysbiose, hvilket begrænser deres anvendelse.

På trods af det voksende behov for nye antibakterielle midler til Gram-negative bakterier på grund af resistente infektioner, er ingen ny klasse blevet godkendt af Food and Drug Administration (FDA) i de sidste 50 år. Opdagelsen kompliceres af den komplekse membranstruktur og effluxpumper af gramnegative bakterier. At udvikle et gramnegativt antibiotikum, der bevarer mikrobiomet, kræver målretning mod et vigtigt protein, der er unikt for gramnegative bakterier, med betydelige homologiforskelle mellem patogene og kommensale bakterier. I denne undersøgelse udviklede og rapporterede forskere et nyt antibiotikum kaldet lolamycin, som retter sig mod det periplasmatiske lipoprotein Lol-transportsystem, der er vigtigt for en række gramnegative patogener.

I denne undersøgelse målrettede forskerne LolCDE, en nøglekomponent i Lol-systemet i gram-negative bakterier. Screeninger blev udført for at finde potentielle inhibitorer af dette system, som derefter blev syntetiseret og evalueret. Effektiviteten af lolamycin blev testet mod multiresistente kliniske isolater af E. Coli, K. Pneumoniae og E. Cloacae. Der er udført følsomhedsundersøgelser med lolamycin og andre forbindelser.

Lolamycin-resistente mutanter blev udviklet og sammenlignet for fitness. Den bakteriedræbende virkning af lolamycin blev undersøgt ved hjælp af vækstkurver. Konfokal mikroskopi blev brugt til at observere fænotypiske ændringer i målbakterier. Molekylær modellering og dynamiske simuleringer, ensemble docking og klyngeanalyse blev brugt til at undersøge bindingsstederne og mekanismen for inhibering af lolamycin.

Derudover blev mus behandlet med pyridin pyrazol (forbindelse 1) og lolamycin intraperitonealt i tre dage. Farmakokinetiske undersøgelser blev udført for at evaluere biotilgængeligheden af lolamycin. Infektionsmodeller blev brugt til at sammenligne effektiviteten af lolamycin og forbindelse 1 i behandlingen af lungebetændelse og septikæmi, med lolamycin også indgivet oralt. Musenes mikrobiomer blev analyseret ved hjælp af deres fækale prøver gennem 16S ribosomal RNA-sekventering. Derudover blev antibiotika-behandlede mus udsat for C. Difficile for at vurdere deres evne til at fjerne patogenet på egen hånd.

Lolamycin, en hæmmer af LolCDE-komplekset, har vist høj aktivitet mod specifikke gramnegative patogener med lav akkumulering i E. Coli. Lolamycin viste selektivitet og bevarede både gram-positive og gram-negative kommensale bakterier. Det viste minimal toksicitet over for pattedyrsceller og forblev effektivt i nærværelse af humant serum. Lolamycin udviste høj aktivitet mod multiresistente kliniske isolater af E. Coli, K. Pneumoniae og E. Cloacae. Lolamycin klarede sig bedre end andre forbindelser og viste et snævert interval af minimale hæmmende koncentrationer og effektivitet mod multiresistente stammer.

Sekventering af lolCDE i resistente stammer afslørede ingen mutationer forbundet med lolamycinresistens, hvilket fremhæver dets potentiale som en lovende antibiotikakandidat. Lolamycin viste en lav frekvens af resistens blandt stammer. LolC- og LolE-proteinerne blev identificeret som mål med specifikke mutationer forbundet med resistens. Lolamycin viste enten bakteriedræbende eller bakteriostatiske virkninger mod de testede bakterier. Hævelse af celler behandlet med lolamycin blev observeret, hvilket indikerer en forstyrrelse af lipoproteintransporten. Lolamycin-resistente mutanter udviste ændrede fænotypiske reaktioner på behandling, hvilket tyder på involvering af LolC og LolE.

Lolamycin forstyrrede lipoproteintransporten ved kompetitivt at hæmme bindingen på stederne BS1 og BS2. Hydrofobe interaktioner viste sig at være de vigtigste, hvilket forklarer faldet i effektiviteten af forbindelser med primære aminer. Resistensmutationer påvirkede lolamycins bindingsaffinitet, hvilket fremhæver deres rolle i destabilisering af bindingssteder. Lolamycin viste overlegen effektivitet sammenlignet med forbindelse 1 til at reducere bakteriebyrden og øge overlevelsen i infektionsmodeller, der involverer multiresistente bakterier såsom E. Coli AR0349, K. Pneumoniae og E. Cloacae.

Oral administration af lolamycin viste signifikant biotilgængelighed og effektivitet, hvilket reducerede bakteriemængden og øgede overlevelsen af mus inficeret med colistin-resistente E. Coli. Lolamycin havde minimal indvirkning på tarmmikrobiomet og bibeholdt dets rigdom og mangfoldighed sammenlignet med amoxicillin og clindamycin. Minimal C. Difficile-kolonisering blev observeret i lolamycin-behandlede mus og kontroldyr. I modsætning hertil formåede mus behandlet med amoxicillin eller clindamycin ikke at klare C. Difficile, hvilket viste høj kolonisering gennem hele eksperimentet.

Afslutningsvis identificerer denne banebrydende undersøgelse lolamycin som et specifikt antibiotikum, der har potentialet til at minimere skader på tarmmikrobiomet og forhindre sekundære infektioner. Yderligere forskning og kliniske forsøg er nødvendige for at bekræfte lægemidlets kliniske anvendelighed. I fremtiden kan de mikrobiom-bevarende virkninger af lolamycin give betydelige fordele i forhold til nuværende bredspektrede antibiotika i klinisk praksis, hvilket forbedrer patientens resultater og det generelle helbred.