Natuklasan ang isang antibiotic, lolamycin, na pumapatay ng mga mapanganib na bakterya nang hindi nakakasira sa bituka microbiome

Isang kamakailang pag-aaral na inilathala sa Nature ay nagpakita na ang mga siyentipiko sa US ay nakabuo at nakatuklas ng bagong pumipili na antibiotic na tinatawag na lolamycin na nagta-target sa lipoprotein transport system sa Gram-negative bakterya. Nalaman ng mga mananaliksik na ang lolamycin ay epektibo laban sa mga Gram-negative na pathogen na lumalaban sa maraming gamot, epektibo sa mga modelo ng impeksyon sa mouse, pinapanatili ang microbiome ng bituka, at pinipigilan ang mga pangalawang impeksiyon.

Ang mga antibiotic ay maaaring makagambala sa gut microbiome, na humahantong sa mas mataas na pagkamaramdamin sa mga pathogen gaya ng C. Difficile at pagtaas ng mga panganib ng mga problema sa gastrointestinal, bato, at hematological. Karamihan sa mga antibiotic, Gram-positive man o malawak na spectrum, ay nakakapinsala sa gut commensals at nagiging sanhi ng dysbiosis. Ang epekto ng mga Gram-negative-only na antibiotic sa microbiome ay hindi malinaw dahil sa pambihira ng mga ito. Mahirap ang pagtuklas ng mga ito dahil karamihan sa mga target na antibiotic ay ibinabahagi ng Gram-positive at Gram-negative bacteria. Dahil ang gut microbiome ay naglalaman ng iba't ibang Gram-negative bacteria, ang mga promiscuous na antibiotic gaya ng colistin ay maaaring magdulot ng makabuluhang dysbiosis, na naglilimita sa kanilang paggamit.

Sa kabila ng lumalaking pangangailangan para sa mga bagong antibacterial para sa Gram-negative bacteria dahil sa lumalaban na mga impeksiyon, 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 pathogen.

Sa pag-aaral na ito, tinarget ng mga siyentipiko ang LolCDE, isang pangunahing bahagi ng Lol system sa gram-negative na bacteria. Ang mga screen ay isinagawa upang mahanap ang mga potensyal na inhibitor ng system na ito, na pagkatapos ay synthesize at sinusuri. Ang pagiging epektibo 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 gamit ang lolamycin at iba pang mga compound.

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

Sa karagdagan, ang mga daga ay ginagamot ng pyridine pyrazole (compound 1) at lolamycin intraperitoneally sa loob ng tatlong araw. Ang mga pag-aaral sa pharmacokinetic ay isinagawa upang suriin ang bioavailability ng lolamycin. Ang mga modelo ng impeksyon ay ginamit upang ihambing ang pagiging epektibo ng lolamycin at tambalan 1 sa paggamot ng pulmonya 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 alisin 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, pinapanatili 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 suwero ng tao. Nagpakita ang Lolamycin ng mataas na aktibidad laban sa multidrug-resistant clinical isolates ng E. Coli, K. Pneumoniae at E. Cloacae. Naungusan ng Lolamycin ang iba pang mga compound, na nagpapakita ng isang makitid na hanay ng mga pinakamababang 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 mutasyon na nauugnay sa paglaban sa lolamycin, na itinatampok ang potensyal nito bilang isang promising na kandidatong antibiotic. Nagpakita ang Lolamycin 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 effect laban sa nasubok na bakterya. Ang pamamaga ng mga cell na ginagamot ng lolamycin ay naobserbahan, na nagpapahiwatig ng pagkagambala sa transportasyon ng lipoprotein. Ang mga mutant na lumalaban sa Lolamycin ay nagpakita ng mga binagong phenotypic na tugon sa paggamot, na nagmumungkahi ng pagkakasangkot ng LolC at LolE.

Naantala ng Lolamycin ang transportasyon ng lipoprotein sa pamamagitan ng mapagkumpitensyang pagpigil sa pagbubuklod sa mga site na BS1 at BS2. Ang mga pakikipag-ugnayan ng hydrophobic ay naging pangunahing, na nagpapaliwanag ng pagbaba sa pagiging epektibo ng mga compound na may pangunahing mga amin. Ang mga mutasyon 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 higit na kahusayan kumpara sa Compound 1 sa pagbabawas ng bacterial burden at pagtaas ng kaligtasan sa mga modelo ng impeksyon na kinasasangkutan ng multidrug-resistant bacteria gaya ng E. Coli AR0349, K. Pneumoniae at E. Cloacae.

Ang oral administration ng lolamycin ay nagpakita ng makabuluhang bioavailability at efficacy, na binabawasan ang bacterial load at pinapataas ang kaligtasan ng mga daga na nahawaan ng colistin-resistant E. Coli. Ang Lolamycin ay may kaunting epekto sa gut microbiome, pinapanatili ang kayamanan at pagkakaiba-iba nito kumpara sa amoxicillin at clindamycin. Ang pinakamaliit na kolonisasyon ng C. Difficile ay naobserbahan sa mga mice na ginagamot ng lolamycin at mga kontrol na hayop. Sa kabaligtaran, ang mga daga na ginagamot ng 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 antibiotic na may potensyal na mabawasan ang pinsala sa gut microbiome at maiwasan ang mga pangalawang impeksiyon. Ang karagdagang pananaliksik at mga klinikal na pagsubok ay kinakailangan upang kumpirmahin ang klinikal na gamit ng gamot. Sa hinaharap, ang mga epekto ng pag-iingat ng microbiome ng lolamycin ay maaaring magbigay ng makabuluhang mga pakinabang sa kasalukuyang malawak na spectrum na mga antibiotic sa klinikal na kasanayan, pagpapabuti ng mga resulta ng pasyente at pangkalahatang kalusugan.