Antibiotikumet lolamycin har upptäckts döda farliga bakterier utan att skada tarmfloran

En nyligen publicerad studie i tidskriften Nature visade att amerikanska forskare har utvecklat och upptäckt ett nytt selektivt antibiotikum som kallas lolamycin, som riktar sig mot lipoproteintransportsystemet i gramnegativa bakterier. Forskarna fann att lolamycin är effektivt mot multiresistenta gramnegativa patogener, visar effekt i mössinfektionsmodeller, bevarar tarmmikrobiomet och förhindrar sekundära infektioner.

Antibiotika kan störa tarmfloran, vilket leder till ökad känslighet för patogener som C. difficile och ökar riskerna för gastrointestinala, njur- och hematologiska problem. De flesta antibiotika, oavsett om de är grampositiva eller bredspektrum, skadar tarmfloran och orsakar dysbios. Effekten av enbart gramnegativa antibiotika på mikrobiomet är oklar på grund av deras sällsynthet. Deras upptäckt är svår eftersom de flesta antibiotikamål är gemensamma för både grampositiva och gramnegativa bakterier. Eftersom tarmfloran innehåller många gramnegativa bakterier kan promiskuösa antibiotika som kolistin orsaka betydande dysbios, vilket begränsar deras användning.

Trots det växande behovet av nya antibakteriella medel för gramnegativa bakterier på grund av ihållande infektioner har ingen ny klass godkänts av Food and Drug Administration (FDA) under de senaste 50 åren. Upptäckten kompliceras av den komplexa membranstrukturen och effluxpumparna hos gramnegativa bakterier. Att utveckla ett antibiotikum enbart för gramnegativa bakterier som bevarar mikrobiomet kräver att man riktar in sig på ett viktigt protein som är unikt för gramnegativa bakterier, med signifikanta homologiskillnader mellan patogena och kommensala bakterier. I denna studie utvecklade och rapporterade forskare ett nytt antibiotikum som kallas lolamycin, som riktar sig mot det periplasmatiska lipoprotein Lol-transportsystemet som är viktigt för en mängd olika gramnegativa patogener.

I denna studie riktade forskarna in sig på LolCDE, en nyckelkomponent i Lol-systemet hos gramnegativa bakterier. Screeningar utfördes för att hitta potentiella hämmare av detta system, vilka sedan syntetiserades och utvärderades. Effekten av lolamycin testades mot multiresistenta kliniska isolat av E. coli, K. pneumoniae och E. cloacae. Känslighetsstudier genomfördes med lolamycin och andra föreningar.

Lolamycinresistenta mutanter utvecklades och jämfördes med avseende på kondition. Lolamycins bakteriedödande aktivitet studerades med hjälp av tillväxtkurvor. Konfokalmikroskopi användes för att observera fenotypiska förändringar i målbakterierna. Molekylär modellering och dynamiska simuleringar, ensembledockning och klusteranalys användes för att undersöka bindningsställena och mekanismen för lolamycinhämning.

Dessutom behandlades möss med pyridinpyrazol (förening 1) och lolamycin intraperitonealt i tre dagar. Farmakokinetiska studier genomfördes för att bedöma biotillgängligheten av lolamycin. Infektionsmodeller användes för att jämföra effekten av lolamycin och förening 1 vid behandling av lunginflammation och sepsis, där lolamycin även administrerades oralt. Mössens mikrobiom analyserades med hjälp av deras avföringsprover via 16S ribosomalt RNA-sekvensering. Dessutom exponerades antibiotikabehandlade möss för C. difficile för att bedöma deras förmåga att självreiniga patogenen.

Lolamycin, en hämmare av LolCDE-komplexet, uppvisade hög aktivitet mot specifika gramnegativa patogener med låg ackumulering i E. coli. Lolamycin uppvisade selektivitet och skonade både grampositiva och gramnegativa kommensala bakterier. Det uppvisade minimal toxicitet för däggdjursceller och förblev effektivt i närvaro av humant serum. Lolamycin uppvisade hög aktivitet mot multiresistenta kliniska isolat av E. coli, K. pneumoniae och E. cloacae. Lolamycin överträffade andra föreningar genom att visa ett smalt intervall av minsta hämmande koncentrationer och effekt mot multiresistenta stammar.

Sekvensering av lolCDE i resistenta stammar visade inga mutationer associerade med lolamycinresistens, vilket belyser dess potential som en lovande antibiotikakandidat. Lolamycin uppvisade en låg frekvens av resistens bland stammarna. LolC- och LolE-proteiner identifierades som mål, med specifika mutationer associerade med resistens. Lolamycin uppvisade antingen bakteriedödande eller bakteriostatisk aktivitet mot de testade bakterierna. Svullnad av lolamycinbehandlade celler observerades, vilket tyder på försämrad lipoproteintransport. Lolamycinresistenta mutanter uppvisade förändrade fenotypiska svar på behandlingen, vilket bekräftar involveringen av LolC och LolE.

Lolamycin försämrade lipoproteintransporten genom att kompetitivt hämma bindning vid BS1 och BS2. Hydrofoba interaktioner visade sig vara dominerande, vilket förklarar den minskade effekten av föreningar med primära aminer. Resistensgivande mutationer påverkade lolamycins bindningsaffinitet, vilket belyser deras roll i destabilisering av bindningsställen. Lolamycin visade överlägsen effekt jämfört med förening 1 när det gäller att minska bakteriemängden och öka överlevnaden i infektionsmodeller som involverade multiresistenta bakterier såsom E. coli AR0349, K. pneumoniae och E. cloacae.

Oral administrering av lolamycin visade signifikant biotillgänglighet och effekt, vilket minskade bakteriemängden och ökade överlevnaden hos möss infekterade med kolistinresistenta E. coli. Lolamycin hade minimal påverkan på tarmmikrobiomet samtidigt som det bibehöll sin rikedom och mångfald jämfört med amoxicillin och klindamycin. Lolamycinbehandlade möss och kontroller uppvisade minimal kolonisering med C. difficile. Däremot misslyckades möss behandlade med amoxicillin eller klindamycin med att eliminera C. difficile och uppvisade hög kolonisering under hela experimentet.

Sammanfattningsvis identifierar denna banbrytande studie lolamycin som ett specifikt antibiotikum som har potential att minimera skador på tarmmikrobiomet och förhindra sekundära infektioner. Ytterligare studier och kliniska prövningar behövs för att bekräfta läkemedlets kliniska tillämpbarhet. I framtiden kan lolamycins mikrobiombevarande effekt ge betydande fördelar jämfört med nuvarande bredspektrumantibiotika i klinisk praxis, vilket förbättrar patientresultat och den allmänna hälsan.