Natuklasan ang antibiotic na lolamycin na pumatay ng mga mapanganib na bakterya nang hindi nakakasira sa gut microbiome

Ang isang kamakailang pag-aaral na inilathala sa journal Nature ay natagpuan na ang mga siyentipiko ng US ay nakabuo at nakatuklas ng isang bagong pumipili na antibiotic na tinatawag na lolamycin na nagta-target sa lipoprotein transport system sa gram-negative bacteria. Natuklasan ng mga mananaliksik na ang lolamycin ay epektibo laban sa multidrug-resistant gram-negative pathogens, nagpapakita ng bisa sa mga modelo ng impeksyon sa mouse, pinapanatili ang gut microbiome, at pinipigilan ang pangalawang impeksiyon.

Ang mga antibiotic ay maaaring makagambala sa gut microbiome, na humahantong sa pagtaas ng pagkamaramdamin sa mga pathogen tulad ng C. difficile at pagtaas ng mga panganib ng gastrointestinal, bato, at mga problema sa hematological. Karamihan sa mga antibiotic, gram-positive man o malawak na spectrum, ay nakakapinsala sa gut commensal at nagiging sanhi ng dysbiosis. Ang epekto ng gram-negative-only na antibiotic sa microbiome ay hindi malinaw dahil sa pambihira ng mga ito. Ang kanilang pagtuklas ay mahirap dahil karamihan sa mga antibiotic na target ay karaniwan sa parehong gram-positive at gram-negative na bakterya. Dahil ang gut microbiome ay naglalaman ng maraming gram-negative bacteria, ang mga promiscuous na antibiotic tulad ng colistin ay maaaring magdulot ng makabuluhang dysbiosis, na naglilimita sa kanilang paggamit.

Sa kabila ng lumalaking pangangailangan para sa mga bagong antibacterial agent para sa Gram-negative bacteria dahil sa patuloy na mga impeksyon, walang bagong klase ang naaprubahan ng Food and Drug Administration (FDA) sa nakalipas na 50 taon. Ang pagtuklas ay kumplikado ng kumplikadong istraktura ng lamad at mga efflux pump ng Gram-negative bacteria. Ang pagbuo ng isang Gram-negative-only na antibiotic na nagpapanatili ng microbiome ay nangangailangan ng pag-target sa isang mahalagang protina na natatangi sa Gram-negative bacteria, na may makabuluhang pagkakaiba sa homology sa pagitan ng pathogenic at commensal bacteria. Sa pag-aaral na ito, bumuo at nag-ulat ang mga siyentipiko ng bagong antibiotic na tinatawag na lolamycin, na nagta-target sa periplasmic lipoprotein Lol transport system na mahalaga para sa iba't ibang Gram-negative na pathogens.

Sa pag-aaral na ito, tinarget ng mga mananaliksik ang LolCDE, isang pangunahing bahagi ng Lol system sa Gram-negative bacteria. Ang mga screen ay isinagawa upang makahanap ng mga potensyal na inhibitor ng system na ito, na pagkatapos ay na-synthesize at sinusuri. Ang bisa ng lolamycin ay nasubok laban sa multidrug-resistant clinical isolates ng E. coli, K. pneumoniae, at E. cloacae. Ang mga pag-aaral sa pagkamaramdamin ay isinagawa kasama ang lolamycin at iba pang mga compound.

Ang mga mutant na lumalaban sa Lolamycin ay binuo at inihambing para sa fitness. Ang aktibidad ng bactericidal ng lolamycin ay pinag-aralan gamit ang mga curves ng paglaki. Ang confocal microscopy ay ginamit upang obserbahan ang mga pagbabago sa phenotypic sa target na bakterya. Ang molecular modeling at dynamic na simulation, ensemble docking at cluster analysis ay ginamit upang siyasatin ang mga nagbubuklod na site at mekanismo ng pagsugpo sa lolamycin.

Bilang karagdagan, ang mga daga ay ginagamot ng pyridinepyrazole (compound 1) at lolamycin intraperitoneally sa loob ng tatlong araw. Ang mga pag-aaral sa pharmacokinetic ay isinagawa upang masuri ang bioavailability ng lolamycin. Ang mga modelo ng impeksyon ay ginamit upang ihambing ang pagiging epektibo ng lolamycin at compound 1 sa paggamot ng pneumonia at septicemia, na may lolamycin din na ibinibigay nang pasalita. Ang mga microbiome ng mga daga ay nasuri gamit ang kanilang mga fecal sample sa pamamagitan ng 16S ribosomal RNA sequencing. Bukod pa rito, ang mga daga na ginagamot ng antibiotic ay nalantad sa C. difficile upang masuri ang kanilang kakayahang i-clear ang pathogen nang mag-isa.

Ang Lolamycin, isang inhibitor ng LolCDE complex, ay nagpakita ng mataas na aktibidad laban sa mga partikular na Gram-negative na pathogen na may mababang akumulasyon sa E. coli. Nagpakita ang Lolamycin ng selectivity, na pinipigilan ang parehong Gram-positive at Gram-negative commensal bacteria. Nagpakita ito ng kaunting toxicity sa mga selula ng mammalian at nanatiling epektibo sa pagkakaroon ng serum ng tao. Ang Lolamycin ay nagpakita ng mataas na aktibidad laban sa multidrug-resistant na clinical isolates ng E. coli, K. pneumoniae, at E. cloacae. Naungusan ng Lolamycin ang iba pang mga compound sa pamamagitan ng pagpapakita ng isang makitid na hanay ng mga minimum na konsentrasyon ng pagbawalan at pagiging epektibo laban sa mga strain na lumalaban sa multidrug.

Ang pagkakasunud-sunod ng lolCDE sa mga lumalaban na strain ay nagsiwalat ng walang mga mutasyon na nauugnay sa paglaban sa lolamycin, na itinatampok ang potensyal nito bilang isang promising na kandidatong antibiotic. Ang Lolamycin ay nagpakita ng mababang dalas ng paglaban sa mga strain. Ang mga protina ng LolC at LolE ay nakilala bilang mga target, na may mga tiyak na mutasyon na nauugnay sa paglaban. Ang Lolamycin ay nagpakita ng alinman sa bactericidal o bacteriostatic na aktibidad laban sa nasubok na bakterya. Ang pamamaga ng lolamycin-treated cells ay naobserbahan, na nagmumungkahi ng kapansanan sa transportasyon ng lipoprotein. Ang mga mutant na lumalaban sa Lolamycin ay nagpakita ng mga binagong tugon ng phenotypic sa paggamot, na nagpapatunay sa paglahok ng LolC at LolE.

Ang Lolamycin ay may kapansanan sa transportasyon ng lipoprotein sa pamamagitan ng mapagkumpitensyang pagpigil sa pagbubuklod sa BS1 at BS2. Napag-alaman na nangingibabaw ang mga hydrophobic na pakikipag-ugnayan, na nagpapaliwanag sa nabawasang bisa ng mga compound na may pangunahing mga amin. Ang mga mutasyon na nagbibigay ng paglaban ay nakakaapekto sa nagbubuklod na pagkakaugnay ng lolamycin, na binibigyang-diin ang kanilang papel sa pag-destabilize ng mga nagbubuklod na site. Ang Lolamycin ay nagpakita ng superior efficacy kumpara sa compound 1 sa pagbabawas ng bacterial load at pagtaas ng survival sa mga modelo ng impeksyon na kinasasangkutan ng multidrug-resistant bacteria tulad ng E. coli AR0349, K. pneumoniae, at E. cloacae.

Ang oral administration ng lolamycin ay nagpakita ng makabuluhang bioavailability at efficacy, pagbabawas ng bacterial load at pagtaas ng kaligtasan ng buhay sa mga daga na nahawaan ng colistin-resistant E. coli. Ang Lolamycin ay may kaunting epekto sa gut microbiome habang pinapanatili ang kayamanan at pagkakaiba-iba nito kumpara sa amoxicillin at clindamycin. Ang mga daga at kontrol na ginagamot ng Lolamycin ay nagpakita ng kaunting kolonisasyon sa C. difficile. Sa kabaligtaran, ang mga daga na ginagamot sa amoxicillin o clindamycin ay nabigo sa pag-alis ng C. difficile, na nagpapakita ng mataas na kolonisasyon sa buong eksperimento.

Sa konklusyon, kinikilala ng pangunguna na pag-aaral na ito ang lolamycin bilang isang partikular na antibyotiko na may potensyal na mabawasan ang pinsala sa microbiome ng bituka at maiwasan ang mga pangalawang impeksiyon. Ang mga karagdagang pag-aaral at mga klinikal na pagsubok ay kinakailangan upang kumpirmahin ang klinikal na kakayahang magamit ng gamot. Sa hinaharap, ang epekto ng pag-iingat ng microbiome ng lolamycin ay maaaring magbigay ng makabuluhang mga pakinabang sa kasalukuyang malawak na spectrum na antibiotics sa klinikal na kasanayan, pagpapabuti ng mga resulta ng pasyente at pangkalahatang kalusugan.