Lolamisin antibiyotiğinin bağırsak mikrobiyomuna zarar vermeden tehlikeli bakterileri öldürdüğü keşfedildi

Nature dergisinde yayınlanan yakın tarihli bir çalışma, ABD'li bilim insanlarının gram-negatif bakterilerdeki lipoprotein taşıma sistemini hedef alan lolamisin adlı yeni bir seçici antibiyotik geliştirip keşfettiğini buldu. Araştırmacılar, lolamisin'in çoklu ilaca dirençli gram-negatif patojenlere karşı etkili olduğunu, fare enfeksiyon modellerinde etkililik gösterdiğini, bağırsak mikrobiyomunu koruduğunu ve ikincil enfeksiyonları önlediğini buldu.

Antibiyotikler bağırsak mikrobiyomunu bozabilir, C. difficile gibi patojenlere karşı duyarlılığın artmasına ve gastrointestinal, renal ve hematolojik sorunların risklerinin artmasına neden olabilir. Gram pozitif veya geniş spektrumlu olsun çoğu antibiyotik bağırsak komensallerine zarar verir ve disbiyoza neden olur. Nadir olmaları nedeniyle yalnızca gram negatif antibiyotiklerin mikrobiyom üzerindeki etkisi belirsizdir. Çoğu antibiyotik hedefi hem gram pozitif hem de gram negatif bakteriler için ortak olduğundan tespitleri zordur. Bağırsak mikrobiyomu birçok gram negatif bakteri içerdiğinden kolistin gibi rastgele antibiyotikler önemli disbiyoza neden olabilir ve kullanımlarını sınırlayabilir.

Kalıcı enfeksiyonlar nedeniyle Gram-negatif bakteriler için yeni antibakteriyel ajanlara olan ihtiyacın artmasına rağmen, son 50 yıldır Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından yeni bir sınıf onaylanmamıştır. Keşif, Gram-negatif bakterilerin karmaşık zar yapısı ve dışarı akış pompaları nedeniyle karmaşıktır. Mikrobiyomu koruyan yalnızca Gram-negatif bir antibiyotik geliştirmek, patojenik ve komensal bakteriler arasında önemli homoloji farklılıkları olan, Gram-negatif bakterilere özgü önemli bir proteini hedeflemeyi gerektirir. Bu çalışmada, bilim insanları çeşitli Gram-negatif patojenler için önemli olan periplazmik lipoprotein Lol taşıma sistemini hedef alan lolamisin adı verilen yeni bir antibiyotik geliştirdiler ve bildirdiler.

Bu çalışmada araştırmacılar, Gram-negatif bakterilerdeki Lol sisteminin temel bir bileşeni olan LolCDE'yi hedef aldılar. Bu sistemin potansiyel inhibitörlerini bulmak için taramalar yapıldı, bunlar daha sonra sentezlendi ve değerlendirildi. Lolamisinin etkinliği, E. coli, K. pneumoniae ve E. cloacae'nin çoklu ilaca dirençli klinik izolatlarına karşı test edildi. Lolamisin ve diğer bileşiklerle duyarlılık çalışmaları yürütüldü.

Lolamisin dirençli mutantlar geliştirildi ve uygunluk açısından karşılaştırıldı. Lolamisinin bakterisidal aktivitesi büyüme eğrileri kullanılarak incelendi. Hedef bakterilerdeki fenotipik değişiklikleri gözlemlemek için konfokal mikroskopi kullanıldı. Bağlanma bölgelerini ve lolamisin inhibisyon mekanizmasını araştırmak için moleküler modelleme ve dinamik simülasyonlar, topluluk yerleştirme ve küme analizi kullanıldı.

Ek olarak, fareler üç gün boyunca intraperitoneal olarak piridinpirazol (bileşik 1) ve lolamisin ile tedavi edildi. Lolamisinin biyoyararlanımını değerlendirmek için farmakokinetik çalışmalar yürütüldü. Enfeksiyon modelleri, lolamisin ve bileşik 1'in pnömoni ve septisemi tedavisindeki etkinliğini karşılaştırmak için kullanıldı, lolamisin de oral yoldan verildi. Farelerin mikrobiyomları, 16S ribozomal RNA dizilemesi yoluyla dışkı örnekleri kullanılarak analiz edildi. Ek olarak, antibiyotikle tedavi edilen fareler, patojeni kendi başlarına temizleme yeteneklerini değerlendirmek için C. difficile'ye maruz bırakıldı.

LolCDE kompleksinin bir inhibitörü olan Lolamisin, E. coli'de düşük birikimle belirli Gram-negatif patojenlere karşı yüksek aktivite gösterdi. Lolamisin, hem Gram-pozitif hem de Gram-negatif komensal bakterileri koruyarak seçicilik gösterdi. Memeli hücrelerine karşı minimal toksisite gösterdi ve insan serumunun varlığında etkililiğini korudu. Lolamisin, E. coli, K. pneumoniae ve E. cloacae'nin çoklu ilaca dirençli klinik izolatlarına karşı yüksek aktivite gösterdi. Lolamisin, dar bir minimum inhibitör konsantrasyon aralığı ve çoklu ilaca dirençli suşlara karşı etkinlik göstererek diğer bileşiklerden daha iyi performans gösterdi.

Dirençli suşlarda lolCDE dizilimi, lolamisin direnciyle ilişkili hiçbir mutasyon ortaya koymadı ve bu da umut vadeden bir antibiyotik adayı olarak potansiyelini vurguladı. Lolamisin, suşlar arasında düşük bir direnç sıklığı gösterdi. LolC ve LolE proteinleri, dirençle ilişkili spesifik mutasyonlarla hedef olarak tanımlandı. Lolamisin, test edilen bakterilere karşı bakterisidal veya bakteriyostatik aktivite gösterdi. Lolamisinle tedavi edilen hücrelerde şişme gözlemlendi ve bu, bozulmuş lipoprotein taşınmasını düşündürdü. Lolamisin dirençli mutantlar, tedaviye fenotipik tepkilerde değişiklik gösterdi ve bu da LolC ve LolE'nin dahil olduğunu doğruladı.

Lolamisin, BS1 ve BS2'de bağlanmayı rekabetçi bir şekilde inhibe ederek lipoprotein taşınmasını bozdu. Hidrofobik etkileşimlerin baskın olduğu bulundu ve bu, birincil aminlere sahip bileşiklerin azaltılmış etkinliğini açıkladı. Direnç kazandıran mutasyonlar, lolamisisinin bağlanma afinitesini etkileyerek, bağlanma bölgelerini istikrarsızlaştırmadaki rollerini vurguladı. Lolamisin, E. coli AR0349, K. pneumoniae ve E. cloacae gibi çoklu ilaca dirençli bakterileri içeren enfeksiyon modellerinde bakteriyel yükü azaltmada ve sağkalımı artırmada bileşik 1'e kıyasla üstün etkinlik gösterdi.

Lolamisin'in oral yoldan uygulanması, bakteri yükünü azaltarak ve kolistin dirençli E. coli ile enfekte olmuş farelerde sağkalımı artırarak önemli biyoyararlanım ve etkinlik gösterdi. Lolamisin, amoksisilin ve klindamisine kıyasla zenginliğini ve çeşitliliğini korurken bağırsak mikrobiyomu üzerinde minimal etkiye sahipti. Lolamisin ile tedavi edilen fareler ve kontroller, C. difficile ile minimal kolonizasyon gösterdi. Buna karşılık, amoksisilin veya klindamisin ile tedavi edilen fareler, deney boyunca yüksek kolonizasyon göstererek C. difficile'yi temizleyemedi.

Sonuç olarak, bu öncü çalışma, lolamisi'ni bağırsak mikrobiyomu hasarını en aza indirme ve ikincil enfeksiyonları önleme potansiyeline sahip spesifik bir antibiyotik olarak tanımlamaktadır. İlacın klinik uygulanabilirliğini doğrulamak için daha fazla çalışma ve klinik denemeye ihtiyaç vardır. Gelecekte, lolamisi'nin mikrobiyomu koruyan etkisi, klinik uygulamada mevcut geniş spektrumlu antibiyotiklere kıyasla önemli avantajlar sağlayabilir, hasta sonuçlarını ve genel sağlığı iyileştirebilir.