Lolamycin antibiotik telah ditemui untuk membunuh bakteria berbahaya tanpa merosakkan mikrobiom usus

Kajian terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Nature mendapati bahawa saintis AS telah membangunkan dan menemui antibiotik terpilih baru yang dipanggil lolamycin yang mensasarkan sistem pengangkutan lipoprotein dalam bakteria gram-negatif. Para penyelidik mendapati bahawa lolamycin berkesan terhadap patogen gram-negatif yang tahan multidrug, menunjukkan keberkesanan dalam model jangkitan tikus, memelihara mikrobiom usus, dan mencegah jangkitan sekunder.

Antibiotik boleh mengganggu mikrobiom usus, yang membawa kepada peningkatan kerentanan kepada patogen seperti C. difficile dan meningkatkan risiko masalah gastrousus, buah pinggang dan hematologi. Kebanyakan antibiotik, sama ada gram-positif atau spektrum luas, membahayakan komensal usus dan menyebabkan dysbiosis. Kesan antibiotik gram-negatif sahaja pada mikrobiom tidak jelas kerana jarang berlaku. Pengesanan mereka sukar kerana kebanyakan sasaran antibiotik adalah biasa kepada bakteria gram-positif dan gram-negatif. Oleh kerana mikrobiom usus mengandungi banyak bakteria gram-negatif, antibiotik rambang seperti colistin boleh menyebabkan dysbiosis yang ketara, mengehadkan penggunaannya.

Walaupun semakin meningkat keperluan untuk agen antibakteria baharu untuk bakteria Gram-negatif akibat jangkitan berterusan, tiada kelas baharu telah diluluskan oleh Pentadbiran Makanan dan Dadah (FDA) dalam tempoh 50 tahun yang lalu. Penemuan adalah rumit oleh struktur membran kompleks dan pam efluks bakteria Gram-negatif. Membangunkan antibiotik Gram-negatif sahaja yang mengekalkan mikrobiom memerlukan penyasaran protein penting yang unik kepada bakteria Gram-negatif, dengan perbezaan homologi yang ketara antara bakteria patogen dan komensal. Dalam kajian ini, saintis membangunkan dan melaporkan antibiotik baharu yang dipanggil lolamycin, yang menyasarkan sistem pengangkutan Lol lipoprotein periplasmik yang penting untuk pelbagai patogen Gram-negatif.

Dalam kajian ini, para penyelidik menyasarkan LolCDE, komponen utama sistem Lol dalam bakteria Gram-negatif. Skrin telah dijalankan untuk mencari perencat berpotensi sistem ini, yang kemudiannya disintesis dan dinilai. Keberkesanan lolamycin telah diuji terhadap pencilan klinikal tahan multidrug E. coli, K. pneumoniae, dan E. cloacae. Kajian kerentanan telah dijalankan dengan lolamycin dan sebatian lain.

Mutan tahan Lolamycin telah dibangunkan dan dibandingkan untuk kecergasan. Aktiviti bakteria lolamycin dikaji menggunakan lengkung pertumbuhan. Mikroskopi konfokal digunakan untuk memerhatikan perubahan fenotip dalam bakteria sasaran. Pemodelan molekul dan simulasi dinamik, dok ensemble dan analisis kelompok digunakan untuk menyiasat tapak pengikatan dan mekanisme perencatan lolamycin.

Di samping itu, tikus dirawat dengan pyridinepyrazole (kompaun 1) dan lolamycin secara intraperitoneal selama tiga hari. Kajian farmakokinetik telah dijalankan untuk menilai bioavailabiliti lolamycin. Model jangkitan digunakan untuk membandingkan keberkesanan lolamycin dan kompaun 1 dalam rawatan radang paru-paru dan septikemia, dengan lolamycin juga diberikan secara lisan. Mikrobiom tikus dianalisis menggunakan sampel tahi mereka melalui penjujukan RNA ribosom 16S. Selain itu, tikus yang dirawat antibiotik telah terdedah kepada C. difficile untuk menilai keupayaan mereka untuk membersihkan patogen itu sendiri.

Lolamycin, perencat kompleks LolCDE, menunjukkan aktiviti tinggi terhadap patogen Gram-negatif tertentu dengan pengumpulan rendah dalam E. coli. Lolamycin menunjukkan selektiviti, menyelamatkan kedua-dua bakteria komensal Gram-positif dan Gram-negatif. Ia menunjukkan ketoksikan yang minimum kepada sel mamalia dan kekal berkesan dengan kehadiran serum manusia. Lolamycin menunjukkan aktiviti yang tinggi terhadap pencilan klinikal tahan multidrug E. coli, K. pneumoniae, dan E. cloacae. Lolamycin mengatasi sebatian lain dengan menunjukkan julat sempit kepekatan perencatan minimum dan keberkesanan terhadap strain tahan multidrug.

Penjujukan lolCDE dalam strain tahan mendedahkan tiada mutasi yang berkaitan dengan rintangan lolamycin, menonjolkan potensinya sebagai calon antibiotik yang menjanjikan. Lolamycin menunjukkan kekerapan rintangan yang rendah di kalangan strain. Protein LolC dan LolE dikenal pasti sebagai sasaran, dengan mutasi khusus yang dikaitkan dengan rintangan. Lolamycin mempamerkan sama ada aktiviti bakteria atau bakteriostatik terhadap bakteria yang diuji. Pembengkakan sel yang dirawat lolamycin diperhatikan, mencadangkan pengangkutan lipoprotein terjejas. Mutan tahan Lolamycin menunjukkan tindak balas fenotip yang diubah kepada rawatan, mengesahkan penglibatan LolC dan LolE.

Lolamycin menjejaskan pengangkutan lipoprotein dengan menghalang pengikatan secara kompetitif pada BS1 dan BS2. Interaksi hidrofobik didapati dominan, menerangkan pengurangan keberkesanan sebatian dengan amina primer. Mutasi yang memberi rintangan menjejaskan pertalian pengikatan lolamycin, menonjolkan peranan mereka dalam mengganggu kestabilan tapak pengikatan. Lolamycin menunjukkan keberkesanan yang unggul berbanding kompaun 1 dalam mengurangkan beban bakteria dan meningkatkan kemandirian dalam model jangkitan yang melibatkan bakteria tahan multidrug seperti E. coli AR0349, K. pneumoniae, dan E. cloacae.

Pentadbiran oral lolamycin menunjukkan bioavailabiliti dan keberkesanan yang ketara, mengurangkan beban bakteria dan meningkatkan kemandirian pada tikus yang dijangkiti E. coli tahan colistin. Lolamycin mempunyai kesan minimum pada mikrobiom usus sambil mengekalkan kekayaan dan kepelbagaiannya berbanding dengan amoksisilin dan klindamisin. Tikus dan kawalan yang dirawat Lolamycin menunjukkan penjajahan yang minimum dengan C. difficile. Sebaliknya, tikus yang dirawat dengan amoksisilin atau klindamisin gagal membersihkan C. difficile, menunjukkan penjajahan yang tinggi sepanjang eksperimen.

Kesimpulannya, kajian perintis ini mengenal pasti lolamycin sebagai antibiotik khusus yang berpotensi untuk meminimumkan kerosakan mikrobiom usus dan mencegah jangkitan sekunder. Kajian lanjut dan ujian klinikal diperlukan untuk mengesahkan kebolehgunaan klinikal ubat tersebut. Pada masa hadapan, kesan pengawetan mikrobiom lolamycin mungkin memberikan kelebihan ketara berbanding antibiotik spektrum luas semasa dalam amalan klinikal, meningkatkan hasil pesakit dan kesihatan keseluruhan.