Otkriven je antibiotik lolamicin koji ubija opasne bakterije bez oštećenja crijevnog mikrobioma

Nedavna studija objavljena u časopisu Nature pokazala je da su znanstvenici u SAD-u razvili i otkrili novi selektivni antibiotik nazvan lolamicin koji djeluje na transportni sustav lipoproteina kod Gram-negativnih bakterije. Istraživači su otkrili da je lolamicin učinkovit protiv gram-negativnih patogena rezistentnih na više lijekova, učinkovit je u modelima infekcije miševa, čuva crijevni mikrobiom i sprječava sekundarne infekcije.

Antibiotici mogu poremetiti crijevni mikrobiom, što dovodi do povećane osjetljivosti na patogene kao što je C. Difficile i povećanja rizika od gastrointestinalnih, bubrežnih i hematoloških problema. Većina antibiotika, bilo da su gram-pozitivni ili širokog spektra, šteti crijevnim stanicama i uzrokuje disbiozu. Utjecaj samo gram-negativnih antibiotika na mikrobiom nije jasan zbog njihove rijetkosti. Njihovo otkrivanje je teško jer većinu meta antibiotika dijele Gram-pozitivne i Gram-negativne bakterije. Budući da crijevni mikrobiom sadrži razne Gram-negativne bakterije, promiskuitetni antibiotici poput kolistina mogu uzrokovati značajnu disbiozu, ograničavajući njihovu upotrebu.

Unatoč sve većoj potrebi za novim antibakterijskim lijekovima za Gram-negativne bakterije zbog otpornih infekcija, Uprava za hranu i lijekove (FDA) nije odobrila nijednu novu klasu u posljednjih 50 godina. Otkriće je komplicirano zbog složene strukture membrane i efluksnih pumpi Gram-negativnih bakterija. Razvijanje samo gram-negativnih antibiotika koji čuvaju 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 objavili novi antibiotik nazvan lolamicin, koji cilja na transportni sustav periplazmatskog lipoproteina Lol važan za niz Gram-negativnih patogena.

U ovoj su studiji znanstvenici ciljali na LolCDE, ključnu komponentu Lol sustava kod gram-negativnih bakterija. Provedeni su pregledi kako bi se pronašli potencijalni inhibitori ovog sustava, koji su zatim sintetizirani i procijenjeni. Učinkovitost lolamicina ispitana je protiv multirezistentnih kliničkih izolata E. Coli, K. Pneumoniae i E. Cloacae. Studije osjetljivosti provedene su s lolamicinom i drugim spojevima.

Razvijeni su i uspoređeni mutanti otporni na lolamicin. Baktericidni učinak lolamicina proučavan je pomoću krivulja rasta. Konfokalna mikroskopija korištena je za promatranje fenotipskih promjena u ciljnim bakterijama. Za istraživanje veznih mjesta i mehanizma inhibicije lolamicina korišteni su molekularno modeliranje i dinamičke simulacije, ansambl docking i analiza klastera.

Pored toga, miševi su tretirani piridin pirazolom (spoj 1) i lolamicinom intraperitonealno tri dana. Provedene su farmakokinetičke studije za procjenu bioraspoloživosti lolamicina. Modeli infekcije korišteni su za usporedbu učinkovitosti lolamicina i spoja 1 u liječenju upale pluća i septikemije, pri čemu se lolamicin također primjenjivao oralno. Mikrobiomi miševa analizirani su korištenjem njihovih fekalnih uzoraka putem 16S ribosomalne RNA sekvenciranja. Osim toga, miševi liječeni antibioticima bili su izloženi C. Difficile kako bi se procijenila njihova sposobnost da se sami očiste od patogena.

Lolamicin, inhibitor kompleksa LolCDE, pokazao je visoku aktivnost protiv specifičnih gram-negativnih patogena s niskom akumulacijom u E. Coli. Lolamicin je pokazao selektivnost, čuvajući 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 multirezistentnih kliničkih izolata E. Coli, K. Pneumoniae i E. Cloacae. Lolamicin je nadmašio druge spojeve, pokazujući uzak raspon minimalnih inhibitornih koncentracija i učinkovitost protiv sojeva otpornih na više lijekova.

Sekvencioniranje lolCDE u rezistentnih sojeva nije otkrilo mutacije povezane s rezistencijom na lolamicin, ističući 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 ili baktericidno ili bakteriostatsko djelovanje protiv ispitivanih bakterija. Uočeno je oticanje stanica tretiranih lolamicinom, što ukazuje na poremećaj transporta lipoproteina. Mutanti otporni na lolamicin pokazali su promijenjene fenotipske odgovore na liječenje, što ukazuje na uključenost LolC i LolE.

Lolamicin je poremetio transport lipoproteina kompetitivnom inhibicijom vezanja na mjestima BS1 i BS2. Pokazalo se da su hidrofobne interakcije glavne, objašnjavajući smanjenje učinkovitosti spojeva s primarnim aminima. Mutacije rezistencije utjecale su na afinitet vezanja lolamicina, naglašavajući njihovu ulogu u destabilizaciji veznih mjesta. Lolamicin je pokazao superiornu 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 preživljenje miševa zaraženih E. Coli otpornom na kolistin. Lolamicin je imao minimalne učinke na crijevni mikrobiom, održavajući njegovo bogatstvo i raznolikost u usporedbi s amoksicilinom i klindamicinom. Minimalna kolonizacija C. Difficile primijećena je u miševa tretiranih lolamicinom i kontrolnih životinja. Nasuprot tome, miševi liječeni amoksicilinom ili klindamicinom nisu uspjeli očistiti C. Difficile, pokazujući visoku kolonizaciju tijekom cijelog eksperimenta.

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