Откривено је да антибиотик лоламицин убија опасне бактерије без оштећења цревног микробиома.

Недавна студија објављена у часопису Nature открила је да су амерички научници развили и открили нови селективни антибиотик под називом лоламицин који циља систем транспорта липопротеина код грам-негативних бактерија. Истраживачи су открили да је лоламицин ефикасан против грам-негативних патогена отпорних на више лекова, показује ефикасност код модела инфекције код мишева, чува цревни микробиом и спречава секундарне инфекције.

Антибиотици могу пореметити цревни микробиом, што доводи до повећане осетљивости на патогене као што је C. difficile и повећава ризик од гастроинтестиналних, бубрежних и хематолошких проблема. Већина антибиотика, било да су грам-позитивни или широког спектра, штети цревним коменсалима и изазива дисбиозу. Утицај само грам-негативних антибиотика на микробиом није јасан због њихове реткости. Њихово откривање је тешко јер је већина антибиотских мета заједничка и за грам-позитивне и за грам-негативне бактерије. Пошто цревни микробиом садржи много грам-негативних бактерија, промискуитетни антибиотици попут колистина могу изазвати значајну дисбиозу, ограничавајући њихову употребу.

Упркос растућој потреби за новим антибактеријским средствима за грам-негативне бактерије због перзистентних инфекција, Америчка агенција за храну и лекове (FDA) није одобрила ниједну нову класу лекова у последњих 50 година. Откриће је компликовано сложеном мембранском структуром и ефлукс пумпама грам-негативних бактерија. Развој антибиотика само за грам-негативне бактерије који очува микробиом захтева циљање важног протеина јединственог за грам-негативне бактерије, са значајним разликама у хомологији између патогених и комензалних бактерија. У овој студији, научници су развили и пријавили нови антибиотик назван лоламицин, који циља периплазматски липопротеински Лол транспортни систем важан за разне грам-негативне патогене.

У овој студији, истраживачи су се фокусирали на LolCDE, кључну компоненту Lol система код грам-негативних бактерија. Спроведена су испитивања како би се пронашли потенцијални инхибитори овог система, који су затим синтетизовани и процењени. Ефикасност лоламицина је тестирана у односу на клиничке изолате E. coli, K. pneumoniae и E. cloacae отпорне на више лекова. Студије осетљивости су спроведене са лоламицином и другим једињењима.

Мутанти отпорни на лоламицин су развијени и упоређени по способности. Бактерицидна активност лоламицина је проучавана коришћењем кривих раста. Конфокална микроскопија је коришћена за посматрање фенотипских промена код циљних бактерија. Молекуларно моделирање и динамичке симулације, ансамбл докинг и кластер анализа су коришћени за испитивање места везивања и механизма инхибиције лоламицина.

Поред тога, мишеви су третирани пиридинпиразолом (једињење 1) и лоламицином интраперитонеално током три дана. Фармакокинетичка испитивања су спроведена да би се проценила биодоступност лоламицина. Модели инфекције су коришћени за поређење ефикасности лоламицина и једињења 1 у лечењу упале плућа и септикемије, при чему је лоламицина такође примењена орално. Микробиоми мишева су анализирани коришћењем њихових фекалних узорака путем секвенцирања 16S рибозомалне РНК. Поред тога, мишеви третирани антибиотицима су били изложени C. difficile како би се проценила њихова способност да сами униште патоген.

Лоламицин, инхибитор LolCDE комплекса, показао је високу активност против специфичних грам-негативних патогена са ниском акумулацијом у E. coli. Лоламицин је показао селективност, штедећи и грам-позитивне и грам-негативне комензалне бактерије. Показао је минималну токсичност за ћелије сисара и остао је ефикасан у присуству људског серума. Лоламицин је показао високу активност против клиничких изолата E. coli, K. pneumoniae и E. cloacae отпорних на више лекова. Лоламицин је надмашио друга једињења показујући уски опсег минималних инхибиторних концентрација и ефикасност против сојева отпорних на више лекова.

Секвенцирање lolCDE код резистентних сојева није открило мутације повезане са резистенцијом на лоламицин, што истиче његов потенцијал као обећавајућег кандидата за антибиотик. Лоламицин је показао ниску учесталост резистенције међу сојевима. Протеини LolC и LolE су идентификовани као мете, са специфичним мутацијама повезаним са резистенцијом. Лоламицин је показао или бактерицидно или бактериостатско дејство против тестираних бактерија. Примећено је отицање ћелија третираних лоламицином, што указује на оштећен транспорт липопротеина. Мутанти резистентни на лоламицин показали су измењене фенотипске одговоре на третман, потврђујући укљученост LolC и LolE.

Лоламицин је оштетио транспорт липопротеина компетитивним инхибирањем везивања на BS1 и BS2. Утврђено је да су хидрофобне интеракције доминантне, што објашњава смањену ефикасност једињења са примарним аминима. Мутације које доводе до резистенције утицале су на афинитет везивања лоламицина, истичући њихову улогу у дестабилизацији места везивања. Лоламицин је показао супериорну ефикасност у поређењу са једињењем 1 у смањењу бактеријског оптерећења и повећању преживљавања у моделима инфекције који укључују бактерије отпорне на више лекова као што су E. coli AR0349, K. pneumoniae и E. cloacae.

Орална примена лоламицина показала је значајну биорасположивост и ефикасност, смањујући бактеријско оптерећење и повећавајући преживљавање код мишева заражених колистин-резистентном E. coli. Лоламицина је било минимално заштићено цревним микробиомом, уз очување његовог богатства и разноликости у поређењу са амоксицилином и клиндамицином. Мишеви третирани лоламицином и контролне групе показали су минималну колонизацију са C. difficile. Насупрот томе, мишеви третирани амоксицилином или клиндамицином нису успели да се ослободе C. difficile, показујући високу колонизацију током целог експеримента.

Закључно, ова пионирска студија идентификује лоламицин као специфичан антибиотик који има потенцијал да минимизира оштећење цревног микробиома и спречи секундарне инфекције. Потребна су даља истраживања и клиничка испитивања како би се потврдила клиничка применљивост лека. У будућности, ефекат лоламицина на очување микробиома може пружити значајне предности у односу на тренутне антибиотике широког спектра у клиничкој пракси, побољшавајући исходе пацијената и опште здравље.