Bylo objeveno antibiotikum lolamycin, které zabíjí nebezpečné bakterie, aniž by poškodilo střevní mikrobiom

Nedávná studie publikovaná v Nature ukázala, že vědci v USA vyvinuli a objevili nové selektivní antibiotikum zvané lolamycin, které se zaměřuje na lipoproteinový transportní systém u gramnegativních bakterie. Vědci zjistili, že lolamycin je účinný proti multirezistentním gramnegativním patogenům, je účinný v modelech myší infekce, zachovává 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 je nejasný kvůli jejich vzácnosti. Jejich detekce je obtížná, protože většinu antibiotických cílů sdílejí Gram-pozitivní a Gram-negativní bakterie. Protože střevní mikrobiom obsahuje různé gramnegativní bakterie, promiskuitní antibiotika, jako je kolistin, mohou způsobit významnou dysbiózu, což omezuje jejich použití.

Navzdory rostoucí potřebě nových antibakteriálních látek pro gramnegativní bakterie kvůli rezistentním infekcím nebyla za posledních 50 let schválena žádná nová třída Food and Drug Administration (FDA). Objev je komplikován složitou membránovou strukturou a efluxními pumpami gramnegativních bakterií. Vývoj pouze gramnegativního antibiotika, které zachovává mikrobiom, vyžaduje zacílení na důležitý protein jedinečný pro gramnegativní bakterie s významnými rozdíly v homologii mezi patogenními a komenzálními bakteriemi. V této studii vědci vyvinuli a oznámili nové antibiotikum zvané lolamycin, které se zaměřuje na periplazmatický lipoproteinový transportní systém Lol důležitý pro různé gramnegativní patogeny.

V této studii se vědci zaměřili na LolCDE, klíčovou složku systému Lol u gramnegativních bakterií. Byly provedeny screeningy za účelem nalezení potenciálních inhibitorů tohoto systému, které byly poté syntetizovány a vyhodnoceny. Účinnost lolamycinu byla testována proti multirezistentním klinickým izolátům E. Coli, K. Pneumoniae a E. Cloacae. Studie citlivosti byly provedeny s lolamycinem a dalšími sloučeninami.

Byli vyvinuti mutanti rezistentní na lolamycin a porovnáni z hlediska zdatnosti. Baktericidní účinek lolamycinu byl studován pomocí růstových křivek. K pozorování fenotypových změn u cílových bakterií byla použita konfokální mikroskopie. Ke zkoumání vazebných míst a mechanismu inhibice lolamycinu bylo použito molekulární modelování a dynamické simulace, dokování souboru a shluková analýza.

Kromě toho byly myši léčeny pyridinpyrazolem (sloučenina 1) a lolamycinem intraperitoneálně po dobu tří dnů. Pro hodnocení biologické dostupnosti lolamycinu byly provedeny farmakokinetické studie. Ke srovnání účinnosti lolamycinu a sloučeniny 1 při léčbě pneumonie a septikémie byly použity infekční modely, přičemž lolamycin byl rovněž podáván orálně. Mikrobiomy myší byly analyzovány pomocí jejich fekálních vzorků prostřednictvím sekvenování 16S ribozomální RNA. Kromě toho byly myši léčené antibiotiky vystaveny C. Difficile, aby se posoudila jejich schopnost samy odstranit patogen.

Lolamycin, inhibitor komplexu LolCDE, prokázal vysokou aktivitu proti specifickým gramnegativním patogenům s nízkou akumulací v E. Coli. Lolamycin prokázal selektivitu a zachoval jak grampozitivní, tak gramnegativní komenzální bakterie. Prokázal minimální toxicitu pro savčí buňky a zůstal účinný v přítomnosti lidského séra. Lolamycin prokázal vysokou aktivitu proti multirezistentním klinickým izolátům E. Coli, K. Pneumoniae a E. Cloacae. Lolamycin předčil ostatní sloučeniny a vykazoval úzký rozsah minimálních inhibičních koncentrací a účinnost proti kmenům odolným vůči více léčivům.

Sekvenování lolCDE u rezistentních kmenů neodhalilo žádné mutace spojené s rezistencí na lolamycin, což zdůrazňuje jeho potenciál jako slibného kandidáta na antibiotika. Lolamycin vykazoval nízkou frekvenci rezistence mezi kmeny. Proteiny LolC a LolE byly identifikovány jako cíle se specifickými mutacemi spojenými s rezistencí. Lolamycin vykazoval proti testovaným bakteriím buď baktericidní nebo bakteriostatické účinky. Bylo pozorováno bobtnání buněk ošetřených lolamycinem, což ukazuje na narušení transportu lipoproteinů. Mutanti rezistentní na lolamycin vykazovali změněné fenotypové reakce na léčbu, což naznačuje zapojení LolC a LolE.

Lolamycin narušil transport lipoproteinů kompetitivní inhibicí vazby v místech BS1 a BS2. Jako hlavní se ukázaly hydrofobní interakce vysvětlující pokles účinnosti sloučenin s primárními aminy. Rezistentní mutace ovlivnily vazebnou afinitu lolamycinu, což zvýrazňovalo jejich roli při destabilizaci vazebných míst. Lolamycin prokázal lepší účinnost ve srovnání se sloučeninou 1 při snižování bakteriální zátěže a zvyšování přežití v infekčních modelech zahrnujících multirezistentní bakterie, jako jsou E. Coli AR0349, K. Pneumoniae a E. Cloacae.

Orální podávání lolamycinu ukázalo významnou biologickou dostupnost a účinnost, snížení bakteriální zátěže a zvýšení přežití myší infikovaných E. Coli rezistentními na kolistin. Lolamycin měl minimální účinky na střevní mikrobiom, zachoval si svou bohatost a rozmanitost ve srovnání s amoxicilinem a klindamycinem. Minimální kolonizace C. Difficile byla pozorována u myší ošetřených lolamycinem a kontrolních zvířat. Naproti tomu myši léčené amoxicilinem nebo klindamycinem nedokázaly odstranit C. Difficile a vykazovaly vysokou kolonizaci během experimentu.

Na závěr tato průkopnická studie identifikuje lolamycin jako specifické antibiotikum, které má potenciál minimalizovat poškození střevního mikrobiomu a zabránit sekundárním infekcím. K potvrzení klinické užitečnosti léku je zapotřebí dalšího výzkumu a klinických studií. V budoucnu mohou mikrobiom konzervující účinky lolamycinu poskytnout významné výhody oproti současným širokospektrým antibiotikům v klinické praxi, zlepšit výsledky pacientů a celkový zdravotní stav.