Antibiotik, lolamycin, telah ditemui yang membunuh bakteria berbahaya tanpa merosakkan mikrobiom usus

Kajian terbaru yang diterbitkan dalam Nature telah menunjukkan bahawa saintis di AS telah membangunkan dan menemui antibiotik terpilih baharu yang dipanggil lolamycin yang menyasarkan sistem pengangkutan lipoprotein dalam Gram-negatif bakteria. Para penyelidik mendapati bahawa lolamycin berkesan terhadap patogen Gram-negatif yang tahan pelbagai ubat, berkesan dalam model jangkitan tetikus, memelihara mikrobiom usus dan mencegah jangkitan sekunder.

Antibiotik boleh mengganggu mikrobiom usus, 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 dikongsi oleh bakteria Gram-positif dan Gram-negatif. Oleh kerana mikrobiom usus mengandungi pelbagai bakteria Gram-negatif, antibiotik rambang seperti colistin boleh menyebabkan disbiosis yang ketara, mengehadkan penggunaannya.

Walaupun keperluan antibakteria baharu yang semakin meningkat untuk bakteria Gram-negatif disebabkan oleh jangkitan tahan, 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 memelihara 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, saintis 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 isolat 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. Kesan bakteria lolamycin dikaji menggunakan lengkung pertumbuhan. Mikroskopi confocal digunakan untuk memerhatikan perubahan fenotip dalam bakteria sasaran. Pemodelan molekul dan simulasi dinamik, dok ensembel dan analisis kelompok digunakan untuk menyiasat tapak pengikatan dan mekanisme perencatan lolamycin.

Selain itu, tikus telah dirawat dengan pyridine pyrazole (kompaun 1) dan lolamycin secara intraperitoneal selama tiga hari. Kajian farmakokinetik telah dilakukan 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, telah menunjukkan aktiviti yang tinggi terhadap patogen Gram-negatif tertentu dengan pengumpulan rendah dalam E. Coli. Lolamycin menunjukkan selektiviti, memelihara 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, menunjukkan julat sempit kepekatan perencatan minimum dan keberkesanan terhadap strain tahan multidrug.

Penjujukan lolCDE dalam strain tahan menunjukkan tiada mutasi yang dikaitkan 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 menunjukkan sama ada kesan bakteria atau bakteriostatik terhadap bakteria yang diuji. Bengkak sel yang dirawat dengan lolamycin diperhatikan, menunjukkan gangguan dalam pengangkutan lipoprotein. Mutan tahan Lolamycin mempamerkan tindak balas fenotip yang diubah kepada rawatan, mencadangkan penglibatan LolC dan LolE.

Lolamycin mengganggu pengangkutan lipoprotein dengan menghalang pengikatan secara kompetitif di tapak BS1 dan BS2. Interaksi hidrofobik ternyata menjadi yang utama, menjelaskan penurunan keberkesanan sebatian dengan amina primer. Mutasi rintangan menjejaskan pertalian mengikat lolamycin, menonjolkan peranan mereka dalam mengganggu kestabilan tapak pengikatan. Lolamycin menunjukkan keberkesanan yang unggul berbanding dengan 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 lisan lolamycin menunjukkan bioavailabiliti dan keberkesanan yang ketara, mengurangkan beban bakteria dan meningkatkan kemandirian tikus yang dijangkiti E. Coli tahan colistin. Lolamycin mempunyai kesan minimum pada mikrobiom usus, mengekalkan kekayaan dan kepelbagaiannya berbanding dengan amoksisilin dan klindamisin. Penjajahan C. Difficile yang minimum diperhatikan dalam tikus yang dirawat lolamycin dan haiwan kawalan. Sebaliknya, tikus yang dirawat dengan amoksisilin atau klindamisin gagal membersihkan C. Difficile, menunjukkan penjajahan yang tinggi sepanjang percubaan.

Kesimpulannya, kajian perintis ini mengenal pasti lolamycin sebagai antibiotik khusus yang berpotensi untuk meminimumkan kerosakan pada mikrobiom usus dan mencegah jangkitan sekunder. Kajian lanjut dan ujian klinikal diperlukan untuk mengesahkan kegunaan 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.