Ett antibiotikum, lolamycin, har upptäckts som dödar farliga bakterier utan att skada tarmmikrobiomet

En nyligen publicerad studie publicerad i Nature har visat att forskare i USA har utvecklat och upptäckt ett nytt selektivt antibiotikum som kallas lolamycin som riktar sig mot lipoproteintransportsystemet i gramnegativa bakterie. Forskarna fann att lolamycin är effektivt mot multiresistenta gramnegativa patogener, är effektivt i musinfektionsmodeller, bevarar tarmmikrobiomet och förhindrar sekundära infektioner.

Antibiotika kan störa tarmmikrobiomet, 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 bredspektrade, skadar tarmen och orsakar dysbios. Effekten av endast gramnegativa antibiotika på mikrobiomet är oklart på grund av deras sällsynthet. Deras upptäckt är svår eftersom de flesta antibiotikamål delas av grampositiva och gramnegativa bakterier. Eftersom tarmmikrobiomet innehåller en mängd olika gramnegativa bakterier, kan promiskuösa antibiotika som colistin orsaka betydande dysbios, vilket begränsar deras användning.

Trots det växande behovet av nya antibakteriella medel för gramnegativa bakterier på grund av resistenta infektioner, har ingen ny klass godkänts av Food and Drug Administration (FDA) under de senaste 50 åren. Upptäckten kompliceras av den komplexa membranstrukturen och utflödespumparna av gramnegativa bakterier. Att utveckla ett endast gramnegativt antibiotikum som bevarar mikrobiomet kräver inriktning på ett viktigt protein som är unikt för gramnegativa bakterier, med betydande homologiskillnader mellan patogena och kommensala bakterier. I den här studien utvecklade og rapporterade forskare ett nytt antibiotikum som heter lolamycin, som riktar sig mot det periplasmatiska lipoproteinet Lol-transportsystemet som är viktigt för en mängd gramnegativa patogener.

I den här studien riktade forskarna sig mot LolCDE, en nyckelkomponent i Lol-systemet i gramnegativa bakterier. Screeningar utfördes för att hitta potentiella hämmare av detta system, som sedan syntetiserades och utvärderades. Effektiviteten av lolamycin testades mot multiresistenta kliniska isolat av E. Coli, K. Pneumoniae och E. Cloacae. Känslighetsstudier har utförts med lolamycin och andra föreningar.

Lolamycinresistenta mutanter utvecklades och jämfördes för kondition. Den bakteriedödande effekten av lolamycin studerades med hjälp av tillväxtkurvor. Konfokalmikroskopi användes för att observera fenotypiska förändringar i målbakterier. Molekylär modellering och dynamiska simuleringar, ensembledockning och klusteranalys användes för att undersöka bindningsställena och mekanismen för hämning av lolamycin.

Dessutom behandlades möss med pyridin pyrazol (förening 1) och lolamycin intraperitonealt under tre dagar. Farmakokinetiska studier utfördes för att utvärdera biotillgängligheten av lolamycin. Infektionsmodeller användes för att jämföra effektiviteten av lolamycin och förening 1 vid behandling av lunginflammation och septikemi, med lolamycin som också administreras oralt. Mössens mikrobiomer analyserades med deras fekala prover genom 16S ribosomal RNA-sekvensering. Dessutom exponerades antibiotikabehandlade möss för C. Difficile för att bedöma deras förmåga att rensa patogenen på egen hand.

Lolamycin, en hämmare av LolCDE-komplexet, har visat hög aktivitet mot specifika gramnegativa patogener med låg ackumulering i E. Coli. Lolamycin visade selektivitet och bevarade både grampositiva och gramnegativa kommensala bakterier. Den visade minimal toxicitet för däggdjursceller och förblev effektiv i närvaro av humant serum. Lolamycin visade hög aktivitet mot multiresistenta kliniska isolat av E. Coli, K. Pneumoniae och E. Cloacae. Lolamycin överträffade andra föreningar, uppvisade ett smalt intervall av lägsta hämmande koncentrationer och effektivitet mot multiresistenta stammar.

Sekvensering av lolCDE i resistenta stammar avslöjade inga mutationer associerade med lolamycinresistens, vilket framhävde dess potential som en lovande antibiotikakandidat. Lolamycin visade en låg frekvens av resistens bland stammar. LolC- och LolE-proteinerna identifierades som mål, med specifika mutationer associerade med resistens. Lolamycin visade antingen bakteriedödande eller bakteriostatiska effekter mot de testade bakterierna. Svullnad av celler behandlade med lolamycin observerades, vilket tyder på ett avbrott i lipoproteintransporten. Lolamycin-resistenta mutanter uppvisade förändrade fenotypiska svar på behandling, vilket tyder på involvering av LolC och LolE.

Lolamycin störde lipoproteintransporten genom att kompetitivt hämma bindningen vid platserna BS1 och BS2. Hydrofoba interaktioner visade sig vara de viktigaste, vilket förklarar minskningen av effektiviteten hos föreningar med primära aminer. Resistensmutationer påverkade bindningsaffiniteten för lolamycin, vilket belyser deras roll i att destabilisera bindningsställen. Lolamycin visade överlägsen effektivitet jämfört med förening 1 för att minska bakteriebördan och öka överlevnaden i infektionsmodeller som involverar multiresistenta bakterier som E. Coli AR0349, K. Pneumoniae och E. Cloacae.

Oral administrering av lolamycin visade signifikant biotillgänglighet och effekt, vilket minskade bakteriemängden och ökade överlevnaden för möss infekterade med colistin-resistenta E. Coli. Lolamycin hade minimala effekter på tarmmikrobiomet och bibehöll dess rikedom och mångfald jämfört med amoxicillin och klindamycin. Minimal C. Difficile-kolonisering observerades hos lolamycinbehandlade möss och kontrolldjur. Däremot misslyckades möss behandlade med amoxicillin eller klindamycin att rensa C. Difficile, vilket visade 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 forskning och kliniska prövningar behövs för att bekräfta läkemedlets kliniska användbarhet. I framtiden kan de mikrobiombevarande effekterna av lolamycin ge betydande fördelar jämfört med nuvarande bredspektrumantibiotika i klinisk praxis, vilket förbättrar patientresultat och övergripande hälsa.