Atklāts, ka antibiotika lolamicīns iznīcina bīstamās baktērijas, nebojājot zarnu mikrobiomu.

Nesen žurnālā Nature publicēts pētījums atklāja, ka ASV zinātnieki ir izstrādājuši un atklājuši jaunu selektīvu antibiotiku ar nosaukumu lolamicīns, kas iedarbojas uz lipoproteīnu transporta sistēmu gramnegatīvās baktērijās. Pētnieki atklāja, ka lolamicīns ir efektīvs pret multirezistentiem gramnegatīviem patogēniem, uzrāda efektivitāti peļu infekcijas modeļos, saglabā zarnu mikrobiomu un novērš sekundāras infekcijas.

Antibiotikas var izjaukt zarnu mikrobiomu, izraisot paaugstinātu uzņēmību pret tādiem patogēniem kā C. difficile un palielinot kuņģa-zarnu trakta, nieru un hematoloģisku problēmu risku. Lielākā daļa antibiotiku, gan grampozitīvas, gan plaša spektra, kaitē zarnu komensālajām baktērijām un izraisa disbiozi. Tikai gramnegatīvu baktēriju saturošu antibiotiku ietekme uz mikrobiomu nav skaidra to retās sastopamības dēļ. To noteikšana ir sarežģīta, jo lielākā daļa antibiotiku mērķu ir kopīgi gan grampozitīvām, gan gramnegatīvām baktērijām. Tā kā zarnu mikrobiomā ir daudz gramnegatīvu baktēriju, jauktas antibiotikas, piemēram, kolistīns, var izraisīt ievērojamu disbiozi, ierobežojot to lietošanu.

Neskatoties uz pieaugošo nepieciešamību pēc jauniem antibakteriāliem līdzekļiem pret gramnegatīvām baktērijām pastāvīgu infekciju dēļ, Pārtikas un zāļu pārvalde (FDA) pēdējo 50 gadu laikā nav apstiprinājusi nevienu jaunu klasi. Atklāšanu sarežģī gramnegatīvo baktēriju sarežģītā membrānas struktūra un izplūdes sūkņi. Lai izstrādātu tikai gramnegatīvām baktērijām paredzētu antibiotiku, kas saglabā mikrobiomu, ir jāvēršas pret svarīgu olbaltumvielu, kas raksturīga tikai gramnegatīvām baktērijām, un ar ievērojamām homoloģijas atšķirībām starp patogēnajām un komensālajām baktērijām. Šajā pētījumā zinātnieki izstrādāja un ziņoja par jaunu antibiotiku ar nosaukumu lolamicīns, kas iedarbojas uz periplazmatisko lipoproteīnu Lol transporta sistēmu, kas ir svarīga dažādiem gramnegatīviem patogēniem.

Šajā pētījumā pētnieki koncentrējās uz LolCDE — galveno Lol sistēmas komponentu gramnegatīvās baktērijās. Tika veikti skrīningi, lai atrastu potenciālos šīs sistēmas inhibitorus, kas pēc tam tika sintezēti un novērtēti. Lolamicīna efektivitāte tika pārbaudīta pret multirezistentiem E. coli, K. pneumoniae un E. cloacae klīniskajiem izolātiem. Tika veikti jutības pētījumi ar lolamicīnu un citiem savienojumiem.

Tika izstrādāti lolamicīnam rezistenti mutanti un salīdzināti to piemērotības noteikšanai. Lolamicīna baktericīdā aktivitāte tika pētīta, izmantojot augšanas līknes. Konfokālā mikroskopija tika izmantota, lai novērotu fenotipiskās izmaiņas mērķa baktērijās. Molekulārā modelēšana un dinamiskās simulācijas, ansambļa dokošana un klasteru analīze tika izmantota, lai izpētītu saistīšanās vietas un lolamicīna inhibīcijas mehānismu.

Turklāt pelēm trīs dienas intraperitoneāli ievadīja piridīnpirazolu (1. savienojums) un lolamicīnu. Lai novērtētu lolamicīna biopieejamību, tika veikti farmakokinētiskie pētījumi. Lai salīdzinātu lolamicīna un 1. savienojuma efektivitāti pneimonijas un septicēmijas ārstēšanā, tika izmantoti infekcijas modeļi, lolamicīnu ievadot arī iekšķīgi. Peļu mikrobiomi tika analizēti, izmantojot to fekāliju paraugus ar 16S ribosomu RNS sekvencēšanu. Turklāt ar antibiotikām ārstētas peles tika pakļautas C. difficile iedarbībai, lai novērtētu to spēju pašām atbrīvoties no patogēna.

Lolamicīns, LolCDE kompleksa inhibitors, uzrādīja augstu aktivitāti pret specifiskiem gramnegatīviem patogēniem ar zemu uzkrāšanos E. coli. Lolamicīnam bija selektivitāte, saudzējot gan grampozitīvas, gan gramnegatīvas komensālās baktērijas. Tas uzrādīja minimālu toksicitāti zīdītāju šūnām un saglabāja efektivitāti cilvēka seruma klātbūtnē. Lolamicīns uzrādīja augstu aktivitāti pret multirezistentiem E. coli, K. pneumoniae un E. cloacae klīniskajiem izolātiem. Lolamicīns pārspēja citus savienojumus, uzrādot šauru minimālo inhibējošo koncentrāciju diapazonu un efektivitāti pret multirezistentiem celmiem.

LolCDE sekvencēšana rezistentos celmos neatklāja mutācijas, kas saistītas ar lolamicīna rezistenci, uzsverot tā potenciālu kā daudzsološu antibiotiku kandidātu. Lolamicīnam bija zema rezistences biežums starp celmiem. Kā mērķi tika identificēti LolC un LolE proteīni, un specifiskas mutācijas bija saistītas ar rezistenci. Lolamicīnam bija vai nu baktericīda, vai bakteriostatiska aktivitāte pret testētajām baktērijām. Tika novērots ar lolamicīnu apstrādāto šūnu pietūkums, kas liecina par lipoproteīnu transporta traucējumiem. Lolamicīnam rezistenti mutanti uzrādīja izmainītas fenotipiskās atbildes reakcijas uz ārstēšanu, apstiprinot LolC un LolE iesaistīšanos.

Lolamicīns pasliktināja lipoproteīnu transportu, konkurējoši kavējot saistīšanos pie BS1 un BS2. Konstatēts, ka dominējošā ir hidrofobā mijiedarbība, kas izskaidro savienojumu ar primārajiem amīniem samazināto efektivitāti. Rezistenci izraisošas mutācijas ietekmēja lolamicīna saistīšanās afinitāti, izceļot to lomu saistīšanās vietu destabilizācijā. Lolamicīns uzrādīja labāku efektivitāti salīdzinājumā ar 1. savienojumu baktēriju slodzes samazināšanā un izdzīvošanas palielināšanā infekcijas modeļos, kuros iesaistītas multirezistentas baktērijas, piemēram, E. coli AR0349, K. pneumoniae un E. cloacae.

Lolamicīna iekšķīga lietošana uzrādīja ievērojamu biopieejamību un efektivitāti, samazinot baktēriju daudzumu un palielinot izdzīvošanu pelēm, kas inficētas ar kolistīnam rezistentu E. coli. Lolamicīnam bija minimāla ietekme uz zarnu mikrobiomu, vienlaikus saglabājot tā bagātību un daudzveidību, salīdzinot ar amoksicilīnu un klindamicīnu. Ar lolamicīnu ārstētām pelēm un kontroles grupā tika novērota minimāla C. difficile kolonizācija. Turpretī pelēm, kuras tika ārstētas ar amoksicilīnu vai klindamicīnu, neizdevās iznīcināt C. difficile, uzrādot augstu kolonizāciju visa eksperimenta laikā.

Noslēgumā jāsaka, ka šis novatoriskais pētījums identificē lolamicīnu kā specifisku antibiotiku, kam piemīt potenciāls mazināt zarnu mikrobioma bojājumus un novērst sekundāras infekcijas. Lai apstiprinātu zāļu klīnisko pielietojamību, ir nepieciešami turpmāki pētījumi un klīniskie izmēģinājumi. Nākotnē lolamicīna mikrobiomu saglabājošā iedarbība varētu sniegt ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar pašreizējām plaša spektra antibiotikām klīniskajā praksē, uzlabojot pacientu rezultātus un vispārējo veselību.