Bylo zjištěno, že antibiotikum lolamycin ničí nebezpečné bakterie, aniž by poškodilo střevní mikrobiom.

Nedávná studie publikovaná v časopise Nature zjistila, že američtí vědci vyvinuli a objevili nové selektivní antibiotikum s názvem lolamycin, které cílí na systém transportu lipoproteinů u gramnegativních bakterií. Výzkumníci zjistili, že lolamycin je účinný proti gramnegativním patogenům rezistentním vůči více léčivům, vykazuje účinnost v modelech infekcí u myší, chrání střevní mikrobiom a zabraňuje sekundárním infekcím.

Antibiotika mohou narušit střevní mikrobiom, což vede ke zvýšené náchylnosti k patogenům, jako je C. difficile, a zvyšuje riziko gastrointestinálních, ledvinových a hematologických problémů. Většina antibiotik, ať už grampozitivních nebo širokospektrých, poškozuje střevní komenzály a způsobuje dysbiózu. Dopad pouze gramnegativních antibiotik na mikrobiom není jasný kvůli jejich vzácnosti. Jejich detekce je obtížná, protože většina antibiotických cílů je společná pro grampozitivní i gramnegativní bakterie. Protože střevní mikrobiom obsahuje mnoho gramnegativních bakterií, mohou promiskuitní antibiotika, jako je kolistin, způsobit významnou dysbiózu, což omezuje jejich použití.

Navzdory rostoucí potřebě nových antibakteriálních látek pro gramnegativní bakterie v důsledku přetrvávajících infekcí nebyla Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) za posledních 50 let schválena žádná nová třída látek. Objevování nových látek komplikuje složitá membránová struktura a efluxní pumpy gramnegativních bakterií. Vývoj antibiotika pouze pro gramnegativní bakterie, které by zachovávalo mikrobiom, vyžaduje cílení na důležitý protein jedinečný pro gramnegativní bakterie, s významnými rozdíly v homologii mezi patogenními a komenzálními bakteriemi. V této studii vědci vyvinuli a popsali nové antibiotikum s názvem lolamycin, které cílí na periplazmatický transportní systém lipoproteinů Lol důležitý pro řadu gramnegativních patogenů.

V této studii se vědci zaměřili na LolCDE, klíčovou složku systému Lol u gramnegativních bakterií. Byly provedeny screeningové testy s cílem najít potenciální inhibitory tohoto systému, které byly následně syntetizovány a vyhodnoceny. Účinnost lolamycinu byla testována proti klinickým izolátům E. coli, K. pneumoniae a E. cloacae rezistentním vůči více léčivům. Studie citlivosti byly provedeny s lolamycinem a dalšími sloučeninami.

Byly vyvinuty mutanty rezistentní na lolamycin a porovnány z hlediska zdatnosti. Baktericidní aktivita lolamycinu byla studována pomocí růstových křivek. Konfokální mikroskopie byla použita k pozorování fenotypových změn v cílových bakteriích. Molekulární modelování a dynamické simulace, ensemble docking a shluková analýza byly použity k prozkoumání vazebných míst a mechanismu inhibice lolamycinu.

Myším byl dále po dobu tří dnů intraperitoneálně podáván pyridinpyrazol (sloučenina 1) a lolamycin. Farmakokinetické studie byly provedeny za účelem posouzení biologické dostupnosti lolamycinu. Infekční modely byly použity k porovnání účinnosti lolamycinu a sloučeniny 1 při léčbě pneumonie a sepse, přičemž lolamycin byl podáván také perorálně. Mikrobiom myší byl analyzován s použitím vzorků stolice pomocí sekvenování 16S ribozomální RNA. Myši léčené antibiotiky byly navíc vystaveny C. difficile za účelem posouzení jejich schopnosti samostatně se zbavit patogenu.

Lolamycin, inhibitor komplexu LolCDE, prokázal vysokou aktivitu proti specifickým gramnegativním patogenům s nízkou akumulací v E. coli. Lolamycin prokázal selektivitu a šetřil jak grampozitivní, tak gramnegativní komenzální bakterie. Vykazoval minimální toxicitu pro savčí buňky a zůstal účinný i v přítomnosti lidského séra. Lolamycin prokázal vysokou aktivitu proti multirezistentním klinickým izolátům E. coli, K. pneumoniae a E. cloacae. Lolamycin překonal ostatní sloučeniny tím, že vykazoval úzké rozmezí minimálních inhibičních koncentrací a účinnosti proti multirezistentním kmenům.

Sekvenování lolCDE u rezistentních kmenů neodhalilo žádné mutace spojené s rezistencí na lolamycin, což zdůrazňuje jeho potenciál jako slibného kandidáta na antibiotikum. Lolamycin vykazoval nízkou frekvenci rezistence mezi kmeny. Jako cíle byly identifikovány proteiny LolC a LolE se specifickými mutacemi spojenými s rezistencí. Lolamycin vykazoval buď baktericidní, nebo bakteriostatickou aktivitu proti testovaným bakteriím. Bylo pozorováno zvětšení buněk ošetřených lolamycinem, což naznačuje zhoršený transport lipoproteinů. Mutanty rezistentní na lolamycin vykazovaly změněné fenotypové reakce na léčbu, což potvrzuje zapojení LolC a LolE.

Lolamycin zhoršoval transport lipoproteinů kompetitivní inhibicí vazby na BS1 a BS2. Bylo zjištěno, že dominantní jsou hydrofobní interakce, což vysvětluje sníženou účinnost sloučenin s primárními aminy. Mutace způsobující rezistenci ovlivnily vazebnou afinitu lolamycinu, což zdůrazňuje jejich roli v destabilizaci vazebných míst. Lolamycin vykazoval v porovnání se sloučeninou 1 vyšší účinnost při snižování bakteriální zátěže a zvyšování přežití v infekčních modelech zahrnujících multirezistentní bakterie, jako jsou E. coli AR0349, K. pneumoniae a E. cloacae.

Perorální podání lolamycinu prokázalo významnou biologickou dostupnost a účinnost, snížilo bakteriální zátěž a zvýšilo přežití u myší infikovaných kolistin-rezistentní E. coli. Lolamycin měl minimální vliv na střevní mikrobiom a zároveň si zachoval jeho bohatost a rozmanitost ve srovnání s amoxicilinem a klindamycinem. Myši léčené lolamycinem a kontrolní skupina vykazovaly minimální kolonizaci C. difficile. Naproti tomu myši léčené amoxicilinem nebo klindamycinem C. difficile nedokázaly eliminovat a vykazovaly vysokou kolonizaci v průběhu celého experimentu.

Závěrem lze říci, že tato průkopnická studie identifikuje lolamycin jako specifické antibiotikum, které má potenciál minimalizovat poškození střevního mikrobiomu a předcházet sekundárním infekcím. Pro potvrzení klinické použitelnosti tohoto léku jsou zapotřebí další studie a klinické studie. V budoucnu by účinek lolamycinu na ochranu mikrobiomu mohl poskytnout významné výhody oproti současným širokospektrým antibiotikům v klinické praxi, což by zlepšilo výsledky léčby pacientů a jejich celkový zdravotní stav.