Odkryto antybiotyk lolamycynę, który zabija niebezpieczne bakterie, nie uszkadzając mikrobiomu jelitowego

Niedawne badanie opublikowane w Nature wykazało, że naukowcy w USA opracowali i odkryli nowy selektywny antybiotyk o nazwie lolamycyna, działający na układ transportu lipoprotein u bakterii Gram-ujemnych bakteria. Naukowcy odkryli, że lolamycyna jest skuteczna przeciwko wielolekoopornym patogenom Gram-ujemnym, jest skuteczna w modelach infekcji u myszy, chroni mikrobiom jelitowy i zapobiega wtórnym infekcjom.

Antybiotyki mogą zakłócać mikrobiom jelitowy, prowadząc do zwiększonej podatności na patogeny takie jak C. Difficile i zwiększając ryzyko problemów żołądkowo-jelitowych, nerek i hematologicznych. Większość antybiotyków, zarówno Gram-dodatnich, jak i o szerokim spektrum działania, uszkadza komensale jelitowe i powoduje dysbiozę. Wpływ antybiotyków Gram-ujemnych na mikrobiom jest niejasny ze względu na ich rzadkość. Ich wykrycie jest trudne, ponieważ większość celów antybiotyków jest wspólna dla bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych. Ponieważ mikrobiom jelitowy zawiera różnorodne bakterie Gram-ujemne, rozwiązłe antybiotyki, takie jak kolistyna, mogą powodować znaczną dysbiozę, ograniczając ich stosowanie.

Pomimo rosnącego zapotrzebowania na nowe środki przeciwbakteryjne przeciwko bakteriom Gram-ujemnym ze względu na oporne infekcje, w ciągu ostatnich 50 lat Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) nie zatwierdziła żadnej nowej klasy. Odkrycie komplikuje złożona struktura błony i pompy wypływowe bakterii Gram-ujemnych. Opracowanie antybiotyku wyłącznie Gram-ujemnego, który chroni mikrobiom, wymaga ukierunkowania na ważne białko charakterystyczne dla bakterii Gram-ujemnych, charakteryzujące się znacznymi różnicami w homologii między bakteriami chorobotwórczymi i komensalnymi. W ramach tego badania naukowcy opracowali i zgłosili nowy antybiotyk o nazwie lolamycyna, którego celem jest peryplazmatyczny system transportu lipoprotein Lol ważny dla różnych patogenów Gram-ujemnych.

W tym badaniu naukowcy zajęli się LolCDE, kluczowym składnikiem układu Lol u bakterii Gram-ujemnych. Przeprowadzono badania przesiewowe w celu znalezienia potencjalnych inhibitorów tego układu, które następnie zsyntetyzowano i oceniono. Skuteczność lolamycyny badano w stosunku do wielolekoopornych izolatów 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 sprawności. Działanie bakteriobójcze lolamycyny badano za pomocą krzywych wzrostu. Do obserwacji zmian fenotypowych bakterii docelowych zastosowano mikroskopię konfokalną. Do zbadania miejsc wiązania i mechanizmu hamowania lolamycyny wykorzystano modelowanie molekularne i symulacje dynamiczne, dokowanie zespołów i analizę skupień.

Dodatkowo myszom podawano dootrzewnowo pirydynę (związek 1) i lolamycynę przez trzy dni. Przeprowadzono badania farmakokinetyczne w celu oceny biodostępności lolamycyny. Do porównania skuteczności lolamycyny i związku 1 w leczeniu zapalenia płuc i posocznicy wykorzystano modele infekcji, przy czym lolamycyna była również podawana doustnie. Mikrobiomy myszy analizowano na podstawie próbek ich kału poprzez sekwencjonowanie 16S rybosomalnego RNA. Dodatkowo myszy leczone antybiotykami poddano działaniu C. Difficile, aby ocenić ich zdolność 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, chroniąc zarówno bakterie komensalne Gram-dodatnie, jak i Gram-ujemne. Wykazywał minimalną toksyczność dla komórek ssaków i pozostawał skuteczny w obecności ludzkiej surowicy. Lolamycyna wykazała wysoką aktywność wobec wielolekoopornych izolatów klinicznych E. Coli, K. Pneumoniae i E. Cloacae. Lolamycyna przewyższała inne związki, wykazując wąski zakres minimalnych stężeń hamujących i skuteczność wobec szczepów wielolekoopornych.

Sekwencjonowanie lolCDE w opornych szczepach nie ujawniło żadnych mutacji związanych z opornością na lolamycynę, co podkreśla jej potencjał jako obiecującego kandydata na antybiotyk. Lolamycyna wykazywała niską częstotliwość oporności wśród szczepów. Białka LolC i LolE zidentyfikowano jako cele, ze specyficznymi mutacjami związanymi z opornością. Lolamycyna wykazała działanie bakteriobójcze lub bakteriostatyczne wobec badanych bakterii. Zaobserwowano obrzęk komórek traktowanych lolamycyną, co wskazuje na zaburzenie transportu lipoprotein. Mutanty oporne na lolamycynę wykazywały zmienioną odpowiedź fenotypową na leczenie, co sugeruje udział LolC i LolE.

Lolamycyna zaburzała transport lipoprotein poprzez konkurencyjne hamowanie wiązania w miejscach BS1 i BS2. Głównymi okazały się oddziaływania hydrofobowe, wyjaśniające spadek efektywności związków z aminami pierwszorzędowymi. Mutacje oporności 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 infekcji obejmujących bakterie oporne na wiele leków, takie jak E. Coli AR0349, K. Pneumoniae i E. Cloacae.

Doustne podanie lolamycyny wykazało znaczną biodostępność i skuteczność, zmniejszając obciążenie bakteryjne i zwiększając przeżywalność myszy zakażonych E. Coli oporną na kolistynę. Lolamycyna miała minimalny wpływ na mikrobiom jelitowy, zachowując jego bogactwo i różnorodność w porównaniu z amoksycyliną i klindamycyną. U myszy leczonych lolamycyną i zwierząt kontrolnych obserwowano minimalną kolonizację C. Difficile. W przeciwieństwie do myszy leczonych amoksycyliną lub klindamycyną nie udało się usunąć C. Difficile, wykazując wysoką kolonizację przez cały czas trwania eksperymentu.

Podsumowując, to pionierskie badanie identyfikuje lolamycynę jako specyficzny antybiotyk, który może minimalizować uszkodzenia mikrobiomu jelitowego i zapobiegać wtórnym infekcjom. Konieczne są dalsze badania i próby kliniczne, aby potwierdzić użyteczność kliniczną leku. W przyszłości działanie lolamycyny chroniące mikrobiom może zapewnić znaczną przewagę w praktyce klinicznej nad obecnymi antybiotykami o szerokim spektrum działania, poprawiając wyniki leczenia pacjentów i ogólny stan zdrowia.