במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת טֶבַע, חוקרים בארצות הברית של אמריקה תכננו וגילו את lolamicin, אנטיביוטיקה סלקטיבית המכוונת למערכת הובלת הליפופרוטאין בחיידקים גראם שליליים. הם מצאו שלולמיצין היה יעיל נגד פתוגנים גראם שליליים עמידים לריבוי תרופות, הראה יעילות במודלים של זיהום בעכברים, חסך על המיקרוביום של המעי ומנע זיהומים משניים.
מחקר: אנטיביוטיקה גראם-שלילית-סלקטיבית שחוסכת על המיקרוביום של המעי. קרדיט תמונה: קטרינה קון / Shutterstock
רקע כללי
טיפול אנטיביוטי יכול לשבש את המיקרוביום של המעי, מה שמוביל לרגישות מוגברת לפתוגנים כמו C. difficile וסיכונים גבוהים יותר לבעיות במערכת העיכול, הכליות וההמטולוגיות. רוב האנטיביוטיקה, בין אם היא גראם חיובית בלבד או בעלת טווח רחב, פוגעת בקומת המעיים וגורמת לדיסביוזיס. ההשפעה של אנטיביוטיקה גראם-שלילית בלבד על המיקרוביום אינה ברורה בשל המחסור בתרכובות כאלה. הגילוי שלהם היה מאתגר מכיוון שרוב המטרות האנטיביוטיות משותפות לחיידקים גראם חיוביים וגם לחיידקים גראם שליליים. היות והמיקרוביום של המעי מכיל חיידקים גראם שליליים רבים, אנטיביוטיקה גראם שלילית חסרת אבחנה כמו קוליסטין יכולה לגרום לדיסביוזה משמעותית, להגביל את השימוש בהן.
למרות הצורך הגובר בחומרים אנטיבקטריאליים גראם שליליים חדשים עקב זיהומים עמידים, אף סוג חדש לא אושר על ידי מינהל המזון והתרופות (FDA) מזה למעלה מ-50 שנה. הגילוי מסובך על ידי מבני הממברנה המורכבים של חיידקים גראם-שליליים ומשאבות הזרימה. פיתוח אנטיביוטיקה גראם-שלילית בלבד החוסכת את המיקרוביום מחייבת מיקוד לחלבון חיוני בלעדי לחיידקים גראם-שליליים, עם הבדלים הומולוגיים משמעותיים בין חיידקים פתוגניים לחיידקים. במחקר הנוכחי, חוקרים תכננו ודיווחו על אנטיביוטיקה גראם-שלילית בלבד בשם "לומיצין", המכוונת למערכת ההובלה של ליפופרוטאין Lol בפריפלזמה, שהיא חיונית עבור פתוגנים גראם-שליליים שונים.
לגבי המחקר
במחקר הנוכחי, התמקדו ב-LolCDE, מרכיב מרכזי במערכת ה-Lol בחיידקים גראם-שליליים. בוצעה סקר למעכבים פוטנציאליים של המערכת, שסונתזו והוערכו. היעילות של לולמיצין הוערכה כנגד בידודים קליניים עמידים לריבוי תרופות של E. coli, K. pneumoniae, ו E. cloacae. מחקרי רגישות נערכו עם lolamicin ותרכובות אחרות.
מוטנטים עמידים ללולמיצין פותחו והשוו לכושר. ההשפעות קוטליות החיידקים של lolamicin נבדקו באמצעות עקומות גדילה להרוג זמן. נעשה שימוש במיקרוסקופיה קונפוקלית כדי לצפות בשינויים פנוטיפיים בחיידקי המטרה. מודלים מולקולריים ודינאמיקה הדמיות, עגינה של אנסמבל וניתוח אשכולות שימשו כדי לחקור את אתרי הקישור ומנגנון העיכוב של לומיצין.
יתרה מכך, עכברים טופלו ב-pyridinepyrazole (תרכובת 1) וב-lolamicin תוך-צפקית במשך שלושה ימים. מחקרים פרמקוקינטיים נערכו כדי להעריך את הזמינות הביולוגית של לומיצין. מודלים של זיהום שימשו כדי להשוות את היעילות של lolamicin ותרכובת 1 בטיפול בדלקת ריאות וספטיסמיה, כאשר lolamicin ניתן גם דרך הפה. מיקרוביומים של עכברים נותחו באמצעות דגימות הצואה שלהם באמצעות רצף של חומצה ריבונוקלאית ריבוזומלית (RNA) 16S. בנוסף, התמודדו עם עכברים שטופלו באנטיביוטיקה C. difficile להעריך את יכולתם לנקות את הפתוגן באופן ספונטני.
תוצאות ודיון
Lolamicin, מעכב של קומפלקס LolCDE, הראה פעילות חזקה נגד פתוגנים גראם שליליים ספציפיים עם הצטברות נמוכה ב אי – קולי. Lolamicin הציג סלקטיביות, וחסך גם חיידקים גראם חיוביים וגם גראם שליליים. הוא הפגין רעילות מינימלית כלפי תאי יונקים ונשאר יעיל בנוכחות סרום אנושי. Lolamicin הוכיח פעילות חזקה נגד מבודדים קליניים עמידים לריבוי תרופות של E. coli, K. pneumoniae, ו E. cloacae. Lolamicin הציג ביצועים טובים יותר של תרכובות אחרות, והראה טווח ריכוז מינימלי מעכב ויעילות נגד זנים עמידים לריבוי תרופות.
ריצוף של lolCDE בזנים עמידים לא חשף מוטציות הקשורות לעמידות ללומיצין, מה שהדגיש את הפוטנציאל שלו כמועמד לאנטיביוטיקה מבטיח. Lolamicin הראה תדרי התנגדות נמוכים יותר על פני זנים. חלבוני LolC ו-LolE זוהו כמטרות, עם מוטציות ספציפיות הקשורות לעמידות. לולמיצין הפגין השפעות קוטל חיידקים או בקטריוסטטיות כנגד חיידקים שנבדקו. נפיחות נצפתה בתאים שטופלו בלומיצין, דבר המעיד על סחר לקוי של ליפופרוטאין. מוטנטים עמידים ללולמיצין הציגו תגובות פנוטיפיות משתנות לטיפול, ותמכו במעורבות LolC ו-LolE.
נמצא כי Lolamicin משבש את הסחר בליפופרוטאין על ידי עיכוב תחרותי של קישור באתרי BS1 ו-BS2. אינטראקציות הידרופוביות נמצאו בעיקר כמניעות את קשירת הלומיצין, מה שמסביר את היעילות המופחתת של תרכובות עם אמינים ראשוניים. נמצא כי מוטציות עמידות משפיעות על זיקת הקישור של לומיצין, מה שהדגיש את תפקידן בערעור כיסי הקישור. Lolamicin הוכיח יעילות מעולה לתרכובת 1 בהפחתת עומס החיידקים ושיפור שיעורי ההישרדות במודלים של זיהום הכוללים חיידקים עמידים לריבוי תרופות כגון E. coli AR0349, K. pneumoniaeו E. cloacae.
מתן פומי של לומיצין הראה זמינות ביולוגית ויעילות משמעותיות, הפחתת עומס חיידקים והגברת שיעורי ההישרדות בעכברים שנדבקו בעמידים לקוליסטין אי – קולי. Lolamicin הראה השפעה מינימלית על מיקרוביום המעי עם עושר וגיוון יציבים בהשוואה לאמוקסילין וקלינדמיצין. עכברים שטופלו בלומיצין ובקרת הרכב הראו מינימליים C. difficile קולוניזציה. לעומת זאת, עכברים שטופלו באמוקסילין או בקלינדמיצין הראו חוסר יכולת להתנקות C. difficileעם קולוניזציה גבוהה לאורך הניסוי.
סיכום
לסיכום, מחקר חדשני זה מזהה את לולמיצין כאנטיביוטיקה ספציפית לפתוגן שיש בה הבטחה למזעור הנזק למיקרוביום המעי ולמניעת זיהומים משניים. מחקר נוסף ומחקרים אנושיים מתבקשים לאשר את הישימות הקלינית של התרופה. בעתיד, ההשפעה חוסכת המיקרוביום של לומיצין עשויה להציע יתרונות משמעותיים על פני אנטיביוטיקה רחבת טווח הנוכחית בפרקטיקה הקלינית, ולשפר את תוצאות המטופל ואת הבריאות הכללית.
מה אם הייתה אנטיביוטיקה שלא משבשת את המיקרוביום של המעי?
יש עכשיו.
תגלית שפורסמה @טֶבַע היום https://t.co/njtUddaJHo @PaulHergie ועמיתים @UofIllinois @justsaysinmice pic.twitter.com/ONeFWYHEJL— אריק טופול (@EricTopol) 29 במאי 2024
