Виявлено антибіотик лоламіцин, який вбиває небезпечні бактерії, не пошкоджуючи мікробіом кишківника

Нещодавнє дослідження, опубліковане в журналі Nature, показало, що американські вчені розробили та відкрили новий селективний антибіотик під назвою лоламіцин, який впливає на систему транспорту ліпопротеїнів у грамнегативних бактерій. Дослідники виявили, що лоламіцин ефективний проти грамнегативних патогенів з множинною лікарською стійкістю, демонструє ефективність у моделях інфекцій на мишах, зберігає кишковий мікробіом та запобігає вторинним інфекціям.

Антибіотики можуть порушувати кишковий мікробіом, що призводить до підвищеної сприйнятливості до таких патогенів, як C. difficile, та збільшує ризик шлунково-кишкових, ниркових та гематологічних проблем. Більшість антибіотиків, як грампозитивних, так і широкого спектру дії, шкодять кишковим коменсалам та викликають дисбактеріоз. Вплив лише грамнегативних антибіотиків на мікробіом незрозумілий через їх рідкість. Їх виявлення складне, оскільки більшість мішеней антибіотиків є спільними як для грампозитивних, так і для грамнегативних бактерій. Оскільки кишковий мікробіом містить багато грамнегативних бактерій, безладне застосування антибіотиків, таких як колістин, може спричинити значний дисбактеріоз, що обмежує їх використання.

Незважаючи на зростаючу потребу в нових антибактеріальних засобах для грамнегативних бактерій через персистуючі інфекції, за останні 50 років Управління з контролю за продуктами харчування та лікарськими засобами (FDA) не схвалило жодного нового класу препаратів. Відкриття ускладнюється складною структурою мембран та насосами виведення грамнегативних бактерій. Розробка антибіотика, що діє лише на грамнегативні бактерії та зберігає мікробіом, вимагає впливу на важливий білок, унікальний для грамнегативних бактерій, зі значними відмінностями в гомології патогенних та коменсальних бактерій. У цьому дослідженні вчені розробили та повідомили про новий антибіотик під назвою лоламіцин, який впливає на периплазматичну систему транспорту ліпопротеїнів Lol, важливу для різноманітних грамнегативних патогенів.

У цьому дослідженні дослідники зосередилися на LolCDE, ключовому компоненті системи Lol у грамнегативних бактерій. Було проведено скринінг для пошуку потенційних інгібіторів цієї системи, які потім були синтезовані та оцінені. Ефективність лоламіцину була перевірена проти клінічних ізолятів E. coli, K. pneumoniae та E. cloacae з множинною лікарською стійкістю. Дослідження чутливості проводилися з лоламіцином та іншими сполуками.

Були розроблені та порівняні на придатність мутанти, стійкі до лоламіцину. Бактерицидну активність лоламіцину вивчали за допомогою кривих росту. Для спостереження фенотипових змін у цільових бактеріях використовували конфокальну мікроскопію. Для дослідження сайтів зв'язування та механізму інгібування лоламіцином використовували молекулярне моделювання та динамічне моделювання, ансамблевий докінг та кластерний аналіз.

Крім того, мишей лікували піридинпіразолом (сполука 1) та лоламіцином внутрішньочеревно протягом трьох днів. Були проведені фармакокінетичні дослідження для оцінки біодоступності лоламіцину. Моделі інфекції використовували для порівняння ефективності лоламіцину та сполуки 1 у лікуванні пневмонії та сепсису, при цьому лоламіцин також вводили перорально. Мікробіоми мишей аналізували за допомогою зразків їхніх калів за допомогою секвенування 16S рибосомної РНК. Крім того, мишей, які отримували антибіотики, піддавали впливу C. difficile для оцінки їхньої здатності самостійно виводити патоген.

Лоламіцин, інгібітор комплексу LolCDE, продемонстрував високу активність проти специфічних грамнегативних патогенів з низьким накопиченням в E. coli. Лоламіцин продемонстрував селективність, не вражаючи як грампозитивні, так і грамнегативні коменсальні бактерії. Він показав мінімальну токсичність для клітин ссавців і залишався ефективним у присутності сироватки крові людини. Лоламіцин продемонстрував високу активність проти клінічних ізолятів E. coli, K. pneumoniae та E. cloacae з множинною лікарською стійкістю. Лоламіцин перевершував інші сполуки, демонструючи вузький діапазон мінімальних інгібуючих концентрацій та ефективність проти штамів з множинною лікарською стійкістю.

Секвенування lolCDE у резистентних штамах не виявило мутацій, пов'язаних з резистентністю до лоламіцину, що підкреслює його потенціал як перспективного кандидата на антибіотик. Лоламіцин продемонстрував низьку частоту резистентності серед штамів. Білки LolC та LolE були ідентифіковані як мішені, зі специфічними мутаціями, пов'язаними з резистентністю. Лоламіцин виявляв або бактерицидну, або бактеріостатичну активність проти тестованих бактерій. Спостерігалося набрякання клітин, оброблених лоламіцином, що свідчить про порушення транспорту ліпопротеїнів. Мутанти, резистентні до лоламіцину, демонстрували змінені фенотипічні відповіді на лікування, що підтверджує участь LolC та LolE.

Лоламіцин порушував транспорт ліпопротеїнів, конкурентно пригнічуючи зв'язування з BS1 та BS2. Було виявлено, що гідрофобні взаємодії були домінуючими, що пояснює знижену ефективність сполук з первинними амінами. Мутації, що викликають резистентність, впливали на спорідненість зв'язування лоламіцину, підкреслюючи їхню роль у дестабілізації сайтів зв'язування. Лоламіцин продемонстрував вищу ефективність порівняно зі сполукою 1 у зменшенні бактеріального навантаження та збільшенні виживання в моделях інфекцій, що включають бактерії з множинною лікарською стійкістю, такі як E. coli AR0349, K. pneumoniae та E. cloacae.

Пероральне застосування лоламіцину продемонструвало значну біодоступність та ефективність, зменшуючи бактеріальне навантаження та збільшуючи виживання у мишей, інфікованих колістин-резистентною E. coli. Лоламіцин мав мінімальний вплив на кишковий мікробіом, зберігаючи його багатство та різноманітність порівняно з амоксициліном та кліндаміцином. Миші, які отримували лоламіцин, та контрольна група показали мінімальну колонізацію C. difficile. Натомість, миші, які отримували амоксицилін або кліндаміцин, не змогли очиститися від C. difficile, демонструючи високий рівень колонізації протягом усього експерименту.

На завершення, це новаторське дослідження визначає лоламіцин як специфічний антибіотик, який має потенціал мінімізувати пошкодження кишкового мікробіому та запобігати вторинним інфекціям. Для підтвердження клінічної застосовності препарату необхідні подальші дослідження та клінічні випробування. У майбутньому ефект збереження мікробіому лоламіцином може забезпечити значні переваги порівняно з сучасними антибіотиками широкого спектру дії в клінічній практиці, покращуючи результати лікування пацієнтів та загальний стан здоров'я.