אנטיביוטיקה חדשה של פפטיד עוצרת חיידקים על ידי כריכה במקום שלא הייתה לפני תרופה לפני כן

לאריוצידין פוגע בחיידקים עמידים לתרופות שבהם אחרים נכשלים-על ידי חטיפת הריבוזום באתר חדש, עקיפת הגנות ופתיחת הדלת לדור חדש של אנטיביוטיקה.

לאריוצידין, פפטיד בצורת לאסו עם תכונות אנטיביוטיות מבטיחות. (גרפיקה: Dmitrii Travin ו- Yury Polikanov). מחקר: אנטיביוטיקה Lasso Peptide רחבה-ספקטרום המכוונת לריבוזום החיידק

חוקרים מאוניברסיטת מקמאסטר, בשיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת אילינוי בשיקגו, גילו אנטיביוטיקה מועמדת חזקה שיכולה להרוג מגוון רחב של חיידקים, כולל אלה העמידים לאנטיביוטיקה קיימת. הם פרסמו את הממצאים בכתב העת טֶבַעו

רֶקַע

עמידות לאנטיביוטיקה מתרחשת כאשר חיידקים מתפתחים ומפתחים עמידות כנגד אנטיביוטיקה קיימת. זהו משבר מרכזי בבריאות הציבור ברחבי העולם ההופך את הטיפול בזיהומים חיידקיים למאתגרים. יותר מ -4.5 מיליון מקרי מוות התרחשו בגלל עמידות לאנטיביוטיקה בשנת 2019.

ארגון הבריאות העולמי (WHO) ייעד חיידקים שליליים גראם כאיום קריטי בגלל יכולתם לפתח ולהפיץ עמידות לאנטיביוטיקה, מה שהופך אותו לעדיפות עליונה לגלות תרופות אנטיבקטריאליות חדשות.

אנטיביוטיקה שונה מבוססת פפטיד המיוצרת על ידי חיידקים הראו יעילות גבוהה בטיפול בזיהומים חיידקיים. מרבית האנטיביוטיקה הללו מיוצרת מחוץ לריבוזום, המבנה הסלולרי האחראי לסינתזת חלבון, על ידי סינתזות פפטיד מתמחות המקודדות בגנום של חיידקים המייצרים אנטיביוטיקה.

פפטידים מסונתזים ריבוזומליים ושונו לאחר תרגום צוברים במהירות פופולריות כמעמד חדשני של אנטיביוטיקה. השינויים שלאחר התרגום קובעים את הצורה התלת מימדית של הפפטידים הללו, ומקלים על האינטראקציות שלהם עם חלבוני היעד ומגן עליהם מפני השפלה על ידי פפטידאזים סלולריים.

פפטידים לאסו הם מולקולות פעילות ביולוגית עם קפל קשור מובהק ומוגבל מבחינה מבנית, השייכים למעמד של פפטידים מסונתזים ריבוזומליים ואחרי טרום-טרנסלציוניים. פפטידים לאסו פועלים על כמה יעדים חיידקיים; עם זאת, אף אחד מהם לא זוהה כממוקד לריבוזום החיידק.

בזה טֶבַע מאמר, פרופסור ג'רי רייט מאוניברסיטת מקמאסטר וצוותו דיווחו על זיהוי של פפטיד לאסו חדש בשם לאריוצידין המשמש כאנטיביוטיקה רחבה-ספקטרום על ידי מיקוד לריבוזום החיידקי באתר ייחודי.

חשוב לציין כי לאריוצידין לא רק מעכב את סינתזת החלבון על ידי הפרעה לטרנסלוקציה, אלא גם גורם לטעויות תרגום (קידוד לא נכון), ומעניק לו מנגנון פעולה כפול.

החוקרים מציינים כי לריוצידין עומד בשלושה קריטריונים עיקריים לאנטיביוטיקה מהדור הבא: מבנה חדשני, אתר כריכה חדש ומנגנון פעולה מובהק.

אנטיביוטיקה בצורת לאסו פותחה יחד על ידי UIC מתחמק מתנגדות לתרופות סטנדרטיותלְשַׂחֵק

המחקר

החוקרים יצרו אוסף של זני חיידקים סביבתיים על ידי טיפחתם במעבדה למשך כשנה. תרבות כזו ארוכת טווח אפשרה צמיחה של אפילו החיידקים הצומחים ביותר שהגידולו ביותר שניתן היה להחמיץ אותם אחרת.

הם הכינו תמציות מתנוליות של מושבות חיידקים בודדות ובדקו אותם כנגד חיידק עמיד רב-תרופתי. זה הוביל לזיהוי של פפטיד לאסו חדשני, לאריוצידין, המיוצר על ידי סוג של חיידק אדמה שנקרא Paenibacillusו

על ידי ניהול סדרה של ניסויים ביוכימיים ומבניים, הם מצאו כי לאריוצידין מסוגל להרוג מגוון רחב של חיידקים, כולל זנים עמידים לרב-תרופות, על ידי עיכוב סינתזת חלבון ריבוזומלי.

הם גם מצאו כי לריוצידין נקשר לאתר ייחודי בתת -היחידה הריבוזומלית הקטנה של חיידקים, המובחנת בבירור מאתרי הפעולה של אנטיביוטיקה קיימת שמכוונת ליחידת המשנה הריבוזומלית הקטנה. אתר כריכה ייחודי זה איפשר לאריוצידין לעקוף את מנגנוני ההגנה כי חיידקים התפתחו כדי להתנגד לתרופות אחרות.

מצב כריכה ריבוזומלי זה מסתמך בעיקר על אינטראקציות עם עמוד השדרה RNA ולא עם נוקלאובאזים, מה שהופך אותו פחות לרגיש להתנגדות הנגרמת על ידי מוטציות באתר הכריכה.

אצל זני חיידקים המותאמים במעבדה עם אופרון RNA ריבוזומלי יחיד, החוקרים זיהו מוטציות ספונטניות נדירות ב- 16S rRNA שהפחיתו את הרגישות של לאריוצידין-עוד יותר מאמת את הריבוזום כמטרה שלו.

הצוות הדגיש כי פיתוח אנטיביוטיקה הפועלת באתרי ריבוזומליים שלא נוצלו בעבר מציעה דרך לעקוף מנגנוני התנגדות נפוצים.

כפי שנצפה על ידי החוקרים, המבנה הייחודי של לריוצידין איפשר לו להתגבר על האתגרים שעומדים בדרך כלל אנטיביוטיקה אחרת בעת מיקוד לריבוזום החיידקי. מבחינה מכנית, אנטיביוטיקה נכנסת בתחילה לתא החיידק דרך הובלות על מנת לעכב את סינתזת החלבון, במיוחד הריבוזום. עם זאת, חיידקים יכולים לשנות או להסיר את המובילים הללו כדי לחסום את כניסת האנטיביוטיקה.

המטען החיובי החזק של לריוצידין, לעומת זאת, איפשר לו להיכנס לתא החיידק ישירות דרך הממברנה ללא צורך במובילים. תכונה ספציפית זו הפכה את Lariocidin לאנטיביוטיקה רחבה-ספקטרום.

מכיוון שלריוצידין עוקף את הצורך במובילים ספציפיים, הוא יכול להיכנס למגוון רחב של מינים חיידקיים, ולהפחית את הסבירות להתפתחות עמידות באמצעות מנגנונים הקשורים לטרנספורטר.

באמצעות מודל עכבר של Acinetobacter baumannii זיהום, החוקרים הראו כי לאריוצידין מסוגל להפחית משמעותית את הנטל החיידקי באיברים שונים. עוד הם מצאו כי לפפטיד יש נטייה נמוכה לייצור התנגדות ספונטנית ואין לו השפעות ציטוטוקסיות על התאים האנושיים.

הפעילות האנטי-מיקרוביאלית שלה הייתה חזקה עוד יותר בתקשורת מוגבלת בתזונה המחקה סביבות מארחות, מה שמרמז על פוטנציאל קליני משופר בהשוואה לבדיקות רגישות סטנדרטיות במדיה עשירה.

עוצמה משופרת זו נקשרה בחלקה לנוכחות ביקרבונט, מה שמגדיל את פוטנציאל הממברנה החיידקית ומקדם ספיגה של הלריוצידין הטעון באופן חיובי.

כל התכונות הללו הפכו את לריוצידין למועמד מבטיח להמשך התפתחות לאנטיביוטיקה קלינית לטיפול בזיהומים עמידים לרב-תרופות חמורים.

המחקר זיהה גם איזופורם הקשור מבחינה מבנית, Lariocidin B (LAR-B), המכיל קשר איזופפטיד נוסף ויוצר מבנה כפול-ליריאט. זה עשוי לשפר את היציבות של המולקולה ולסמן את LAR-B כמייסד מחלקה חדשה (כיתה V) המוצעת של פפטידים לאסו.

על ידי עריכת ניתוח ביו-אינפורמטי של גנומים חיידקיים זמינים, החוקרים הציעו שיכולים להיות פפטידים אחרים של Lasso למקד ריבוזומים שעדיין יתגלו בטבע.

הם זיהו עשרות אשכולות גנים ביו-סינתטיים דמויי לריוצידין (BGC) על פני פיליה חיידקית מרובה, כולל אקטינומיצ'טטה, בקיליוטה ופרוטאובקטריה, מה שמרמז על התפלגות אבולוציונית רחבה של פיגוע אנטיביוטיקה זה.

החוקרים מתארים את לריוצידין כחבר הראשון במשפחה שלא הייתה מוכרת בעבר של פפטידים לאסו-ממוקדים ריבוזומים, עם פוטנציאל לגלות אנלוגים חזקים עוד יותר.

החוקרים עובדים כעת על פיתוח אסטרטגיות לשינוי פפטיד לאסו ומייצרים אותו בכמויות גדולות להתפתחות קלינית.