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

Недавнє дослідження, опубліковане в Nature, показало, що вчені зі США розробили та виявили новий селективний антибіотик під назвою лоламіцин, який діє на транспортну систему ліпопротеїнів у грамнегативних бактерії. Дослідники виявили, що лоламіцин ефективний проти мультирезистентних грамнегативних патогенів, ефективний на мишачих моделях інфікування, зберігає мікробіом кишечника та запобігає вторинним інфекціям.

Антибіотики можуть порушувати мікробіом кишечника, що призводить до підвищення сприйнятливості до патогенів, таких як C. Difficile, і збільшує ризик шлунково-кишкових, ниркових і гематологічних проблем. Більшість антибіотиків, як грампозитивних, так і широкого спектру дії, шкодять кишковим комменсалам і викликають дисбактеріоз. Вплив грамнегативних антибіотиків на мікробіом незрозумілий через їх рідкість. Їх виявлення є складним, оскільки більшість мішеней антибіотиків спільні для грампозитивних і грамнегативних бактерій. Оскільки мікробіом кишечника містить різноманітні грамнегативні бактерії, антибіотики безладного статевого акту, такі як колістин, можуть спричинити значний дисбактеріоз, що обмежує їх використання.

Незважаючи на зростаючу потребу в нових антибактеріальних препаратах для грамнегативних бактерій через резистентні інфекції, за останні 50 років Управління з контролю за якістю харчових продуктів і медикаментів (FDA) не схвалило жодного нового класу. Відкриття ускладнюється складною структурою мембрани та ефлюксними насосами грамнегативних бактерій. Розробка тільки грамнегативних антибіотиків, які зберігають мікробіом, вимагає націлювання на важливий білок, унікальний для грамнегативних бактерій, зі значними відмінностями в гомології між патогенними та комменсальними бактеріями. У цьому дослідженні вчені розробили та повідомили про новий антибіотик під назвою лоламіцин, який діє на транспортну систему периплазматичного ліпопротеїну Lol, важливу для різноманітних грамнегативних патогенів.

У цьому дослідженні вчені націлилися на LolCDE, ключовий компонент системи Lol у грамнегативних бактерій. Було проведено скринінг для пошуку потенційних інгібіторів цієї системи, які потім були синтезовані та оцінені. Ефективність лоламіцину перевіряли проти мультирезистентних клінічних ізолятів E. Coli, K. Pneumoniae та E. Cloacae. Були проведені дослідження сприйнятливості лоламіцину та інших сполук.

Були розроблені стійкі до лоламіцину мутанти та порівняні їх придатність. Бактерицидну дію лоламіцину вивчали за допомогою кривих росту. Конфокальна мікроскопія була використана для спостереження фенотипових змін у бактеріях-мішенях. Для дослідження сайтів зв’язування та механізму інгібування лоламіцину використовували молекулярне моделювання та динамічне моделювання, ансамблевий докінг і кластерний аналіз.

Крім того, мишей лікували піридинпіразолом (сполука 1) і лоламіцином внутрішньочеревно протягом трьох днів. Для оцінки біодоступності лоламіцину проводили фармакокінетичні дослідження. Інфекційні моделі використовували для порівняння ефективності лоламіцину та сполуки 1 у лікуванні пневмонії та септицемії, причому лоламіцин також застосовували перорально. Мікробіоми мишей аналізували з використанням зразків фекалій за допомогою секвенування 16S рибосомальної РНК. Крім того, мишей, які отримували антибіотик, піддали впливу C. Difficile, щоб оцінити їх здатність самостійно очистити патоген.

Лоламіцин, інгібітор комплексу LolCDE, продемонстрував високу активність проти специфічних грамнегативних патогенів із низьким накопиченням у E. Coli. Лоламіцин виявляв селективність, зберігаючи як грампозитивні, так і грамнегативні комменсальні бактерії. Він показав мінімальну токсичність для клітин ссавців і залишався ефективним у присутності людської сироватки. Лоламіцин продемонстрував високу активність проти мультирезистентних клінічних ізолятів E. Coli, K. Pneumoniae та E. Cloacae. Лоламіцин перевершив інші сполуки, продемонструвавши вузький діапазон мінімальних інгібіторних концентрацій і ефективність проти мультирезистентних штамів.

Секвенування lolCDE у резистентних штамів не виявило мутацій, пов’язаних зі стійкістю до лоламіцину, підкреслюючи його потенціал як багатообіцяючого кандидата на антибіотик. Лоламіцин показав низьку частоту резистентності серед штамів. Білки LolC і LolE були визначені як мішені зі специфічними мутаціями, пов’язаними з резистентністю. Лоламіцин виявляв або бактерицидну, або бактеріостатичну дію проти досліджуваних бактерій. Спостерігалося набрякання клітин, оброблених лоламіцином, що вказувало на порушення транспорту ліпопротеїнів. Стійкі до лоламіцину мутанти показали змінені фенотипові відповіді на лікування, що свідчить про участь LolC і LolE.

Лоламіцин порушував транспорт ліпопротеїнів шляхом конкурентного інгібування зв’язування в сайтах BS1 і BS2. Гідрофобні взаємодії виявилися основними, що пояснює зниження ефективності сполук з первинними амінами. Мутації резистентності вплинули на афінність зв’язування лоламіцину, підкреслюючи їх роль у дестабілізації сайтів зв’язування. Лоламіцин продемонстрував вищу ефективність порівняно зі Сполукою 1 у зниженні бактеріального навантаження та збільшенні виживаності в моделях інфекції, що включають бактерії, стійкі до множинних лікарських засобів, такі як E. Coli AR0349, K. Pneumoniae та E. Cloacae.

Пероральний прийом лоламіцину продемонстрував значну біодоступність та ефективність, зменшивши бактеріальне навантаження та підвищивши виживаність мишей, інфікованих стійкою до колістину E. Coli. Лоламіцин мав мінімальний вплив на мікробіом кишечника, зберігаючи його насиченість і різноманітність порівняно з амоксициліном і кліндаміцином. Мінімальна колонізація C. Difficile спостерігалася у мишей, які отримували лоламіцин, і контрольних тварин. Навпаки, миші, які отримували амоксицилін або кліндаміцин, не змогли очистити C. Difficile, демонструючи високу колонізацію протягом усього експерименту.

На завершення це піонерське дослідження визначає лоламіцин як специфічний антибіотик, який має потенціал для мінімізації пошкодження мікробіома кишечника та запобігання вторинним інфекціям. Для підтвердження клінічної користі препарату необхідні подальші дослідження та клінічні випробування. У майбутньому вплив лоламіцину на збереження мікробіома може дати значні переваги порівняно з нинішніми антибіотиками широкого спектру дії в клінічній практиці, покращуючи результати пацієнтів і загальний стан здоров’я.