Zistilo sa, že antibiotikum lolamycín ničí nebezpečné baktérie bez poškodenia črevného mikrobiómu

Nedávna štúdia publikovaná v časopise Nature zistila, že americkí vedci vyvinuli a objavili nové selektívne antibiotikum s názvom lolamycín, ktoré cieli na systém transportu lipoproteínov v gramnegatívnych baktériách. Výskumníci zistili, že lolamycín je účinný proti gramnegatívnym patogénom rezistentným voči viacerým liečivám, vykazuje účinnosť v modeloch infekcií na myšiach, chráni črevný mikrobióm a zabraňuje sekundárnym infekciám.

Antibiotiká môžu narušiť črevný mikrobióm, čo vedie k zvýšenej náchylnosti na patogény, ako je C. difficile, a zvyšuje riziko gastrointestinálnych, renálnych a hematologických problémov. Väčšina antibiotík, či už grampozitívnych alebo širokospektrálnych, poškodzuje črevné komenzály a spôsobuje dysbiózu. Vplyv iba gramnegatívnych antibiotík na mikrobióm nie je jasný kvôli ich zriedkavosti. Ich detekcia je náročná, pretože väčšina antibiotických cieľov je spoločná pre grampozitívne aj gramnegatívne baktérie. Keďže črevný mikrobióm obsahuje mnoho gramnegatívnych baktérií, promiskuitné antibiotiká, ako je kolistín, môžu spôsobiť významnú dysbiózu, čo obmedzuje ich použitie.

Napriek rastúcej potrebe nových antibakteriálnych látok pre gramnegatívne baktérie v dôsledku pretrvávajúcich infekcií, Úrad pre kontrolu potravín a liečiv (FDA) za posledných 50 rokov neschválil žiadnu novú triedu látok. Objavovanie komplikuje zložitá membránová štruktúra a efluxné pumpy gramnegatívnych baktérií. Vývoj antibiotika určeného len pre gramnegatívne baktérie, ktoré zachováva mikrobióm, si vyžaduje zameranie sa na dôležitý proteín jedinečný pre gramnegatívne baktérie s významnými homologickými rozdielmi medzi patogénnymi a komenzálnymi baktériami. V tejto štúdii vedci vyvinuli a opísali nové antibiotikum s názvom lolamycín, ktoré sa zameriava na periplazmatický transportný systém lipoproteínov Lol dôležitý pre rôzne gramnegatívne patogény.

V tejto štúdii sa výskumníci zamerali na LolCDE, kľúčovú zložku systému Lol u gramnegatívnych baktérií. Boli vykonané skríningové testy s cieľom nájsť potenciálne inhibítory tohto systému, ktoré boli následne syntetizované a vyhodnotené. Účinnosť lolamycínu bola testovaná proti klinickým izolátom E. coli, K. pneumoniae a E. cloacae rezistentným voči viacerým liečivám. Štúdie citlivosti boli vykonané s lolamycínom a ďalšími zlúčeninami.

Boli vyvinuté mutanty rezistentné na lolamycín a porovnané z hľadiska vhodnosti. Baktericídna aktivita lolamycínu bola študovaná pomocou rastových kriviek. Na pozorovanie fenotypových zmien v cieľových baktériách bola použitá konfokálna mikroskopia. Na skúmanie väzbových miest a mechanizmu inhibície lolamycínu bolo použité molekulárne modelovanie a dynamické simulácie, ensemble docking a klastrová analýza.

Okrem toho boli myši liečené pyridínpyrazolom (zlúčenina 1) a lolamycínom intraperitoneálne počas troch dní. Na posúdenie biologickej dostupnosti lolamycínu boli vykonané farmakokinetické štúdie. Na porovnanie účinnosti lolamycínu a zlúčeniny 1 pri liečbe pneumónie a sepsy boli použité infekčné modely, pričom lolamycín bol podávaný aj perorálne. Mikrobiómy myší boli analyzované pomocou ich vzoriek stolice prostredníctvom sekvenovania 16S ribozomálnej RNA. Myši liečené antibiotikami boli navyše vystavené C. difficile, aby sa posúdila ich schopnosť samostatne sa zbaviť patogénu.

Lolamycín, inhibítor komplexu LolCDE, preukázal vysokú aktivitu proti špecifickým gramnegatívnym patogénom s nízkou akumuláciou v E. coli. Lolamycín preukázal selektivitu, pričom šetril grampozitívne aj gramnegatívne komenzálne baktérie. Preukázal minimálnu toxicitu pre cicavčie bunky a zostal účinný v prítomnosti ľudského séra. Lolamycín preukázal vysokú aktivitu proti multirezistentným klinickým izolátom E. coli, K. pneumoniae a E. cloacae. Lolamycín prekonal ostatné zlúčeniny tým, že vykazoval úzky rozsah minimálnych inhibičných koncentrácií a účinnosti proti multirezistentným kmeňom.

Sekvenovanie lolCDE v rezistentných kmeňoch neodhalilo žiadne mutácie spojené s rezistenciou na lolamycín, čo zdôrazňuje jeho potenciál ako sľubného kandidáta na antibiotikum. Lolamycín vykazoval nízku frekvenciu rezistencie medzi kmeňmi. Ako ciele boli identifikované proteíny LolC a LolE so špecifickými mutáciami spojenými s rezistenciou. Lolamycín vykazoval buď baktericídnu, alebo bakteriostatickú aktivitu proti testovaným baktériám. Pozoroval sa opuch buniek ošetrených lolamycínom, čo naznačuje zhoršený transport lipoproteínov. Mutanty rezistentné na lolamycín vykazovali zmenené fenotypové odpovede na liečbu, čo potvrdzuje účasť LolC a LolE.

Lolamycín zhoršil transport lipoproteínov kompetitívnou inhibíciou väzby na BS1 a BS2. Zistilo sa, že dominantné sú hydrofóbne interakcie, čo vysvetľuje zníženú účinnosť zlúčenín s primárnymi amínmi. Mutácie spôsobujúce rezistenciu ovplyvnili väzbovú afinitu lolamycínu, čo zvýraznilo ich úlohu v destabilizácii väzbových miest. Lolamycín preukázal lepšiu účinnosť v porovnaní so zlúčeninou 1 pri znižovaní bakteriálnej záťaže a zvyšovaní prežitia v infekčných modeloch zahŕňajúcich baktérie rezistentné voči viacerým liečivám, ako sú E. coli AR0349, K. pneumoniae a E. cloacae.

Perorálne podávanie lolamycínu preukázalo významnú biologickú dostupnosť a účinnosť, pričom znížilo bakteriálnu záťaž a zvýšilo prežitie u myší infikovaných E. coli rezistentnou na kolistín. Lolamycín mal minimálny vplyv na črevný mikrobióm, pričom si zachoval jeho bohatosť a rozmanitosť v porovnaní s amoxicilínom a klindamycínom. Myši liečené lolamycínom a kontrolné skupiny vykazovali minimálnu kolonizáciu C. difficile. Naproti tomu myši liečené amoxicilínom alebo klindamycínom C. difficile úplne nezlikvidovali a vykazovali vysokú kolonizáciu počas celého experimentu.

Záverom možno konštatovať, že táto priekopnícka štúdia identifikuje lolamycín ako špecifické antibiotikum, ktoré má potenciál minimalizovať poškodenie črevného mikrobiómu a predchádzať sekundárnym infekciám. Na potvrdenie klinickej použiteľnosti lieku sú potrebné ďalšie štúdie a klinické skúšky. V budúcnosti môže účinok lolamycínu na ochranu mikrobiómu poskytnúť významné výhody oproti súčasným širokospektrálnym antibiotikám v klinickej praxi, čím sa zlepšia výsledky liečby pacientov a celkový zdravotný stav.