Odkryto, że antybiotyk lolamycyna zabija niebezpieczne bakterie bez uszkadzania mikrobiomu jelitowego.

Niedawne badanie opublikowane w czasopiśmie Nature wykazało, że amerykańscy naukowcy opracowali i odkryli nowy selektywny antybiotyk o nazwie lolamycyna, który atakuje układ transportu lipoprotein w bakteriach Gram-ujemnych. Naukowcy odkryli, że lolamycyna jest skuteczna przeciwko wielolekoopornym patogenom Gram-ujemnym, wykazuje skuteczność w mysich modelach infekcji, konserwuje mikrobiom jelitowy i zapobiega wtórnym infekcjom.

Antybiotyki mogą zaburzyć mikrobiom jelitowy, co prowadzi do zwiększonej podatności na patogeny, takie jak C. difficile i zwiększa ryzyko problemów żołądkowo-jelitowych, nerkowych i hematologicznych. Większość antybiotyków, niezależnie od tego, czy są to bakterie Gram-dodatnie, czy o szerokim spektrum działania, szkodzi bakteriom komensalnym jelitowym i powoduje dysbiozę. Wpływ antybiotyków przeznaczonych wyłącznie dla bakterii Gram-ujemnych na mikrobiom jest niejasny ze względu na ich rzadkość. Ich wykrycie jest trudne, ponieważ większość celów antybiotykowych jest wspólna zarówno dla bakterii Gram-dodatnich, jak i Gram-ujemnych. Ponieważ mikrobiom jelitowy zawiera wiele bakterii Gram-ujemnych, różnorodne antybiotyki, takie jak kolistyna, mogą powodować znaczną dysbiozę, ograniczając ich stosowanie.

Pomimo rosnącego zapotrzebowania na nowe środki przeciwbakteryjne dla bakterii Gram-ujemnych z powodu uporczywych infekcji, żadna nowa klasa nie została zatwierdzona przez Food and Drug Administration (FDA) w ciągu ostatnich 50 lat. Odkrycia są skomplikowane ze względu na złożoną strukturę błony i pompy wypływowe bakterii Gram-ujemnych. Opracowanie antybiotyku wyłącznie dla bakterii Gram-ujemnych, który konserwuje mikrobiom, wymaga ukierunkowania na ważne białko unikalne dla bakterii Gram-ujemnych, ze znacznymi różnicami homologicznymi między bakteriami patogennymi i komensalnymi. W tym badaniu naukowcy opracowali i zgłosili nowy antybiotyk o nazwie lolamycyna, który ukierunkowuje peryplazmatyczny układ transportu lipoprotein Lol ważny dla różnych patogenów Gram-ujemnych.

W tym badaniu naukowcy skupili się na LolCDE, kluczowym składniku systemu Lol w bakteriach Gram-ujemnych. Przeprowadzono badania przesiewowe w celu znalezienia potencjalnych inhibitorów tego systemu, które następnie zsyntetyzowano i oceniono. Skuteczność lolamycyny została przetestowana na wielolekoopornych izolatach klinicznych E. coli, K. pneumoniae i E. cloacae. Przeprowadzono badania wrażliwości na lolamycynę i inne związki.

Opracowano mutanty oporne na lolamycynę i porównano je pod kątem przydatności. Aktywność bakteriobójczą lolamycyny badano przy użyciu krzywych wzrostu. Mikroskopia konfokalna została użyta do obserwacji zmian fenotypowych w bakteriach docelowych. Modelowanie molekularne i symulacje dynamiczne, dokowanie zespołów i analiza klastrów zostały użyte do zbadania miejsc wiązania i mechanizmu hamowania lolamycyny.

Dodatkowo myszy leczono pirydynopirazolem (związek 1) i lolamycyną dootrzewnowo przez trzy dni. Przeprowadzono badania farmakokinetyczne w celu oceny biodostępności lolamycyny. Modele infekcji wykorzystano do porównania skuteczności lolamycyny i związku 1 w leczeniu zapalenia płuc i posocznicy, przy czym lolamycynę podawano również doustnie. Mikrobiomy myszy analizowano przy użyciu próbek kału za pomocą sekwencjonowania 16S rybosomalnego RNA. Dodatkowo myszy leczone antybiotykami wystawiono na działanie C. difficile w celu oceny ich zdolności do samodzielnego usuwania patogenu.

Lolamycyna, inhibitor kompleksu LolCDE, wykazała wysoką aktywność przeciwko specyficznym patogenom Gram-ujemnym z niską akumulacją w E. coli. Lolamycyna wykazała selektywność, oszczędzając zarówno bakterie komensalne Gram-dodatnie, jak i Gram-ujemne. Wykazywała minimalną toksyczność dla komórek ssaków i pozostawała skuteczna w obecności surowicy ludzkiej. Lolamycyna wykazała wysoką aktywność przeciwko wielolekoopornym izolatom klinicznym E. coli, K. pneumoniae i E. cloacae. Lolamycyna przewyższyła inne związki, wykazując wąski zakres minimalnych stężeń hamujących i skuteczność przeciwko szczepom wielolekoopornym.

Sekwencjonowanie lolCDE w szczepach opornych nie wykazało mutacji związanych z opornością na lolamycynę, co podkreśla jej potencjał jako obiecującego kandydata na antybiotyk. Lolamycyna wykazała niską częstość oporności wśród szczepów. Białka LolC i LolE zidentyfikowano jako cele, ze specyficznymi mutacjami związanymi z opornością. Lolamycyna wykazała działanie bakteriobójcze lub bakteriostatyczne przeciwko testowanym bakteriom. Obserwowano obrzęk komórek leczonych lolamycyną, co sugeruje upośledzony transport lipoprotein. Mutanty oporne na lolamycynę wykazały zmienione odpowiedzi fenotypowe na leczenie, potwierdzając udział LolC i LolE.

Lolamycyna upośledzała transport lipoprotein poprzez konkurencyjne hamowanie wiązania w BS1 i BS2. Stwierdzono, że dominują interakcje hydrofobowe, co wyjaśnia zmniejszoną skuteczność związków z aminami pierwszorzędowymi. Mutacje nadające oporność wpłynęły na powinowactwo wiązania lolamycyny, podkreślając ich rolę w destabilizacji miejsc wiązania. Lolamycyna wykazała wyższą skuteczność w porównaniu ze związkiem 1 w zmniejszaniu obciążenia bakteryjnego i zwiększaniu przeżywalności w modelach zakażeń obejmujących bakterie oporne na wiele leków, takie jak E. coli AR0349, K. pneumoniae i E. cloacae.

Doustne podawanie lolamycyny wykazało znaczną biodostępność i skuteczność, zmniejszając obciążenie bakteryjne i zwiększając przeżywalność u myszy zakażonych oporną na kolistynę bakterią E. coli. Lolamycyna miała minimalny wpływ na mikrobiom jelitowy, utrzymując jednocześnie jego bogactwo i różnorodność w porównaniu z amoksycyliną i klindamycyną. Myszy leczone lolamycyną i kontrole wykazały minimalną kolonizację przez C. difficile. Natomiast myszy leczone amoksycyliną lub klindamycyną nie pozbyły się C. difficile, wykazując wysoką kolonizację przez cały eksperyment.

Podsumowując, to pionierskie badanie identyfikuje lolamycynę jako specyficzny antybiotyk, który ma potencjał minimalizowania uszkodzeń mikrobiomu jelitowego i zapobiegania wtórnym infekcjom. Potrzebne są dalsze badania i próby kliniczne, aby potwierdzić kliniczną przydatność leku. W przyszłości efekt lolamycyny chroniący mikrobiom może zapewnić znaczące korzyści w porównaniu z obecnymi antybiotykami o szerokim spektrum działania w praktyce klinicznej, poprawiając wyniki leczenia pacjentów i ogólny stan zdrowia.