Nustatyta, kad antibiotikas lolamicinas naikina pavojingas bakterijas nepažeisdamas žarnyno mikrobiomo

Neseniai žurnale „Nature“ paskelbtame tyrime nustatyta, kad JAV mokslininkai sukūrė ir atrado naują selektyvų antibiotiką, vadinamą lolamicinu, kuris veikia gramneigiamų bakterijų lipoproteinų transportavimo sistemą. Tyrėjai nustatė, kad lolamicinas veiksmingas prieš daugeliui vaistų atsparius gramneigiamus patogenus, yra veiksmingas pelių infekcijos modeliuose, išsaugo žarnyno mikrobiomą ir užkerta kelią antrinėms infekcijoms.

Antibiotikai gali sutrikdyti žarnyno mikrobiomą, todėl padidėja jautrumas tokiems patogenams kaip C. difficile, ir padidėja virškinimo trakto, inkstų ir hematologinių problemų rizika. Dauguma antibiotikų, tiek gramteigiamų, tiek plataus spektro, kenkia žarnyno komensalinėms bakterijoms ir sukelia disbiozę. Tik gramneigiamus antibiotikus veikiančių antibiotikų poveikis mikrobiomui nėra aiškus dėl jų retumo. Juos sunku aptikti, nes dauguma antibiotikų taikinių yra bendri tiek gramteigiamoms, tiek gramneigiamoms bakterijoms. Kadangi žarnyno mikrobiome yra daug gramneigiamų bakterijų, mišrūs antibiotikai, tokie kaip kolistinas, gali sukelti didelę disbiozę, todėl jų vartojimas yra ribotas.

Nepaisant augančio naujų antibakterinių vaistų nuo gramneigiamų bakterijų poreikio dėl nuolatinių infekcijų, per pastaruosius 50 metų Maisto ir vaistų administracija (FDA) nepatvirtino jokios naujos klasės. Atradimą apsunkina sudėtinga gramneigiamų bakterijų membranų struktūra ir išstūmimo siurbliai. Norint sukurti tik gramneigiamoms bakterijoms skirtą antibiotiką, kuris išsaugotų mikrobiomą, reikia nukreipti dėmesį į svarbų baltymą, būdingą tik gramneigiamoms bakterijoms, o patogeninės ir komensalinės bakterijos turi didelių homologijos skirtumų. Šiame tyrime mokslininkai sukūrė ir pranešė apie naują antibiotiką, vadinamą lolamicinu, kuris veikia periplazminę lipoproteinų Lol transportavimo sistemą, svarbią įvairiems gramneigiamiems patogenams.

Šiame tyrime tyrėjai taikėsi į LolCDE – pagrindinį gramneigiamų bakterijų Lol sistemos komponentą. Buvo atlikti tyrimai, siekiant rasti galimus šios sistemos inhibitorius, kurie vėliau buvo susintetinti ir įvertinti. Lolamicino veiksmingumas buvo tiriamas prieš daugeliui vaistų atsparius klinikinius E. coli, K. pneumoniae ir E. cloacae izoliatus. Buvo atlikti jautrumo tyrimai su lolamicinu ir kitais junginiais.

Buvo sukurti ir palyginti lolamicino poveikiui atsparūs mutantai. Lolamicino baktericidinis aktyvumas buvo tirtas naudojant augimo kreives. Konfokalinė mikroskopija buvo naudojama fenotipiniams pokyčiams tikslinėse bakterijose stebėti. Molekulinis modeliavimas ir dinaminės simuliacijos, ansamblinis dokingavimas ir klasterinė analizė buvo naudojami lolamicino slopinimo prisijungimo vietoms ir mechanizmui tirti.

Be to, pelėms tris dienas buvo leidžiamas piridinpirazolas (1 junginys) ir lolamicinas į pilvaplėvės ertmę. Buvo atlikti farmakokinetiniai tyrimai, siekiant įvertinti lolamicino biologinį prieinamumą. Infekcijos modeliai buvo naudojami lolamicino ir 1 junginio veiksmingumui gydant pneumoniją ir septicemiją palyginti, lolamicinui taip pat skiriant per burną. Pelių mikrobiomos buvo analizuojamos naudojant jų išmatų mėginius, atliekant 16S ribosominės RNR sekvenavimą. Be to, antibiotikais gydytos pelės buvo paveiktos C. difficile, siekiant įvertinti jų gebėjimą pačioms pašalinti patogeną.

Lolamicinas, LolCDE komplekso inhibitorius, pasižymėjo dideliu aktyvumu prieš specifinius gramneigiamus patogenus ir maža jo kaupimosi E. coli bakterijose dėka. Lolamicinas pasižymėjo selektyvumu, apsaugodamas tiek gramteigiamas, tiek gramneigiamas komensalines bakterijas. Jis pasižymėjo minimaliu toksiškumu žinduolių ląstelėms ir išliko veiksmingas esant žmogaus serumui. Lolamicinas pasižymėjo dideliu aktyvumu prieš daugeliui vaistų atsparias klinikines E. coli, K. pneumoniae ir E. cloacae izoliatus. Lolamicinas pranoko kitus junginius, pasižymėdamas siauru minimalių slopinamųjų koncentracijų diapazonu ir veiksmingumu prieš daugeliui vaistų atsparias padermes.

Atsparių padermių lolCDE sekoskaita neparodė jokių mutacijų, susijusių su atsparumu lolamicinui, o tai pabrėžia jo, kaip perspektyvaus antibiotiko kandidato, potencialą. Lolamicino atsparumas tarp padermių buvo mažas. LolC ir LolE baltymai buvo identifikuoti kaip taikiniai, o specifinės mutacijos buvo susijusios su atsparumu. Lolamicinas pasižymėjo baktericidiniu arba bakteriostatiniu aktyvumu prieš tiriamąsias bakterijas. Pastebėtas lolamicinu paveiktų ląstelių patinimas, rodantis sutrikusį lipoproteinų transportą. Lolamicinui atsparūs mutantai parodė pakitusį fenotipinį atsaką į gydymą, patvirtinantį LolC ir LolE dalyvavimą.

Lolamicinas sutrikdė lipoproteinų pernašą, konkurenciškai slopindamas prisijungimą prie BS1 ir BS2. Nustatyta, kad dominuoja hidrofobinė sąveika, paaiškinanti sumažėjusį junginių su pirminiais aminais veiksmingumą. Atsparumą sukeliančios mutacijos paveikė lolamicino prisijungimo afinitetą, pabrėždamos jų vaidmenį destabilizuojant prisijungimo vietas. Lolamicinas, palyginti su 1 junginiu, parodė didesnį veiksmingumą mažinant bakterijų kiekį ir didinant išgyvenamumą infekcijos modeliuose, kuriuose dalyvavo daugeliui vaistų atsparios bakterijos, tokios kaip E. coli AR0349, K. pneumoniae ir E. cloacae.

Peroralinis lolamicino vartojimas parodė reikšmingą biologinį prieinamumą ir veiksmingumą, sumažino bakterijų kiekį ir padidino išgyvenamumą pelėms, užkrėstoms kolistinui atsparia E. coli. Lolamicinas turėjo minimalų poveikį žarnyno mikrobiomui, išlaikydamas jo gausą ir įvairovę, palyginti su amoksicilinu ir klindamicinu. Lolamicinu gydytos pelės ir kontrolinė grupė parodė minimalią C. difficile kolonizaciją. Priešingai, pelės, gydytos amoksicilinu arba klindamicinu, nesugebėjo sunaikinti C. difficile, o viso eksperimento metu parodė didelę kolonizaciją.

Apibendrinant, šis novatoriškas tyrimas nustato, kad lolamicinas yra specifinis antibiotikas, galintis sumažinti žarnyno mikrobiomo pažeidimus ir užkirsti kelią antrinėms infekcijoms. Norint patvirtinti vaisto klinikinį pritaikomumą, reikia atlikti tolesnius tyrimus ir klinikinius bandymus. Ateityje mikrobiomą saugantis lolamicino poveikis klinikinėje praktikoje gali suteikti reikšmingų pranašumų, palyginti su dabartiniais plataus spektro antibiotikais, pagerindamas pacientų rezultatus ir bendrą sveikatą.