Otkriveno je da antibiotik lolamicin ubija opasne bakterije bez oštećenja crijevne mikrobiome.

Nedavna studija objavljena u časopisu Nature otkrila je da su američki znanstvenici razvili i otkrili novi selektivni antibiotik nazvan lolamicin koji cilja sustav transporta lipoproteina u gram-negativnim bakterijama. Istraživači su otkrili da je lolamicin učinkovit protiv gram-negativnih patogena otpornih na više lijekova, pokazuje učinkovitost u modelima infekcije miševa, čuva crijevni mikrobiom i sprječava sekundarne infekcije.

Antibiotici mogu poremetiti crijevni mikrobiom, što dovodi do povećane osjetljivosti na patogene poput C. difficile i povećava rizik od gastrointestinalnih, bubrežnih i hematoloških problema. Većina antibiotika, bilo gram-pozitivnih ili širokog spektra, šteti crijevnim komenzalima i uzrokuje disbiozu. Utjecaj samo gram-negativnih antibiotika na mikrobiom nije jasan zbog njihove rijetkosti. Njihovo otkrivanje je teško jer je većina antibiotskih ciljeva zajednička i gram-pozitivnim i gram-negativnim bakterijama. Budući da crijevni mikrobiom sadrži mnoge gram-negativne bakterije, promiskuitetni antibiotici poput kolistina mogu uzrokovati značajnu disbiozu, što ograničava njihovu upotrebu.

Unatoč rastućoj potrebi za novim antibakterijskim sredstvima za gram-negativne bakterije zbog perzistentnih infekcija, Agencija za hranu i lijekove (FDA) u posljednjih 50 godina nije odobrila nijednu novu klasu lijekova. Otkriće je komplicirano složenom membranskom strukturom i efluksnim pumpama gram-negativnih bakterija. Razvoj antibiotika samo za gram-negativne bakterije koji čuva mikrobiom zahtijeva ciljanje važnog proteina jedinstvenog za gram-negativne bakterije, sa značajnim razlikama u homologiji između patogenih i komenzalnih bakterija. U ovoj studiji znanstvenici su razvili i izvijestili o novom antibiotiku nazvanom lolamicin, koji cilja periplazmatski transportni sustav lipoproteina Lol važan za razne gram-negativne patogene.

U ovoj studiji, istraživači su se usmjerili na LolCDE, ključnu komponentu Lol sustava u gram-negativnim bakterijama. Provedena su ispitivanja kako bi se pronašli potencijalni inhibitori ovog sustava, koji su zatim sintetizirani i procijenjeni. Učinkovitost lolamicina testirana je na kliničke izolate E. coli, K. pneumoniae i E. cloacae otporne na više lijekova. Studije osjetljivosti provedene su s lolamicinom i drugim spojevima.

Razvijeni su mutanti otporni na lolamicin i uspoređena je njihova sposobnost prilagođavanja. Baktericidna aktivnost lolamicina proučavana je pomoću krivulja rasta. Konfokalna mikroskopija korištena je za promatranje fenotipskih promjena u ciljnim bakterijama. Molekularno modeliranje i dinamičke simulacije, ansamblsko spajanje i klaster analiza korišteni su za istraživanje mjesta vezanja i mehanizma inhibicije lolamicina.

Osim toga, miševi su tri dana intraperitonealno tretirani piridinpirazolom (spoj 1) i lolamicinom. Farmakokinetičke studije provedene su kako bi se procijenila bioraspoloživost lolamicina. Modeli infekcije korišteni su za usporedbu učinkovitosti lolamicina i spoja 1 u liječenju upale pluća i sepse, pri čemu je lolamicin također primijenjen oralno. Mikrobiomi miševa analizirani su korištenjem njihovih uzoraka fekalija putem sekvenciranja 16S ribosomske RNA. Osim toga, miševi tretirani antibioticima izloženi su C. difficile kako bi se procijenila njihova sposobnost da sami uklone patogen.

Lolamicin, inhibitor LolCDE kompleksa, pokazao je visoku aktivnost protiv specifičnih gram-negativnih patogena s niskom akumulacijom u E. coli. Lolamicin je pokazao selektivnost, štedeći i gram-pozitivne i gram-negativne komenzalne bakterije. Pokazao je minimalnu toksičnost za stanice sisavaca i ostao je učinkovit u prisutnosti ljudskog seruma. Lolamicin je pokazao visoku aktivnost protiv kliničkih izolata E. coli, K. pneumoniae i E. cloacae otpornih na više lijekova. Lolamicin je nadmašio druge spojeve pokazujući uski raspon minimalnih inhibitornih koncentracija i učinkovitosti protiv sojeva otpornih na više lijekova.

Sekvenciranje lolCDE u rezistentnim sojevima nije otkrilo mutacije povezane s rezistencijom na lolamicin, što ističe njegov potencijal kao obećavajućeg kandidata za antibiotik. Lolamicin je pokazao nisku učestalost rezistencije među sojevima. Proteini LolC i LolE identificirani su kao mete, sa specifičnim mutacijama povezanim s rezistencijom. Lolamicin je pokazao baktericidno ili bakteriostatsko djelovanje protiv testiranih bakterija. Uočeno je oticanje stanica tretiranih lolamicinom, što sugerira oštećen transport lipoproteina. Mutanti otporni na lolamicin pokazali su promijenjene fenotipske odgovore na liječenje, potvrđujući uključenost LolC i LolE.

Lolamicin je oštetio transport lipoproteina kompetitivnim inhibiranjem vezanja na BS1 i BS2. Utvrđeno je da su hidrofobne interakcije dominantne, što objašnjava smanjenu učinkovitost spojeva s primarnim aminima. Mutacije koje uzrokuju otpornost utjecale su na afinitet vezanja lolamicina, ističući njihovu ulogu u destabilizaciji mjesta vezanja. Lolamicin je pokazao superiorniju učinkovitost u usporedbi sa spojem 1 u smanjenju bakterijskog opterećenja i povećanju preživljavanja u modelima infekcije koji uključuju bakterije otporne na više lijekova kao što su E. coli AR0349, K. pneumoniae i E. cloacae.

Oralna primjena lolamicina pokazala je značajnu bioraspoloživost i učinkovitost, smanjujući bakterijsko opterećenje i povećavajući preživljavanje kod miševa zaraženih E. coli otpornom na kolistin. Lolamicin je imao minimalan utjecaj na crijevni mikrobiom, a istovremeno je zadržao njegovo bogatstvo i raznolikost u usporedbi s amoksicilinom i klindamicinom. Miševi tretirani lolamicinom i kontrolna skupina pokazali su minimalnu kolonizaciju s C. difficile. Nasuprot tome, miševi tretirani amoksicilinom ili klindamicinom nisu uspjeli ukloniti C. difficile, pokazujući visoku kolonizaciju tijekom cijelog eksperimenta.

Zaključno, ova pionirska studija identificira lolamicin kao specifičan antibiotik koji ima potencijal smanjiti oštećenje crijevnog mikrobioma i spriječiti sekundarne infekcije. Potrebna su daljnja istraživanja i klinička ispitivanja kako bi se potvrdila klinička primjenjivost lijeka. U budućnosti, učinak lolamicina na očuvanje mikrobioma mogao bi pružiti značajne prednosti u odnosu na trenutne antibiotike širokog spektra u kliničkoj praksi, poboljšavajući ishode pacijenata i opće zdravlje.