Nové peptidové antibiotikum zastavuje bakterie tím, že se váže tam, kde předtím žádný lék

Nové peptidové antibiotikum zastavuje bakterie tím, že se váže tam, kde předtím žádný lék

Lariocidin zasáhne bakterie odolné vůči lékům tam, kde ostatní selžou – unesením ribozomu na nové místo, obcházením obrany a otevřením dveří nové generaci antibiotik.

Lariocidin, peptid ve tvaru lasa se slibnými antibiotickými vlastnostmi. (Grafika: Dmitrii Travin a Yury Polikanov). Vyšetření: Široké laso peptidové antibiotikum, které se zaměřuje na bakteriální ribozom

Vědci z McMaster University ve spolupráci s výzkumníky z University of Illinois v Chicagu objevili silné kandidátské antibiotikum, které dokáže zabít širokou škálu bakterií, včetně těch, které jsou rezistentní vůči existujícím antibiotikům. Výsledky zveřejnili v časopisePříroda.

pozadí

Rezistence na antibiotika nastává, když se bakterie vyvinou a vyvinou rezistenci na stávající antibiotika. Jde o celosvětovou velkou krizi veřejného zdraví, která činí léčbu bakteriálních infekcí náročným. V roce 2019 došlo v důsledku antibiotické rezistence k více než 4,5 milionu úmrtí.

Světová zdravotnická organizace (WHO) označila gramnegativní bakterie za kritickou hrozbu kvůli jejich schopnosti vyvinout a šířit rezistenci vůči antibiotikům, takže je nejvyšší prioritou objevit nová antibakteriální léčiva.

Různá antibiotika na bázi peptidů produkovaná mikroby prokázala vysokou účinnost při léčbě bakteriálních infekcí. Většina těchto antibiotik je produkována mimo ribozom, buněčnou strukturu odpovědnou za syntézu proteinů, specializovanými peptidovými syntetázami kódovanými v genomech mikrobů produkujících antibiotika.

Ribozomálně syntetizované a posttranslačně modifikované peptidy rychle získávají na popularitě jako nová třída antibiotik. Posttranslační modifikace nastavují trojrozměrný tvar těchto peptidů, usnadňují jejich interakce s cílovými proteiny a chrání je před degradací buněčnými peptidázami.

Laso peptidy jsou biologicky aktivní molekuly s odlišným, strukturálně omezeným nodálním skladem, které patří do třídy ribozomů syntetizovaných a posttranslačně modifikovaných peptidů. Laso peptidy působí na více bakteriálních cílů; Žádný z nich však nebyl identifikován jako cílený na bakteriální ribozom.

V tomhlePřírodaProfesor Gerry Wright z McMaster University a jeho tým v článku informovali o identifikaci nového lasového peptidu zvaného lariocidin, který funguje jako širokospektrální antibiotikum tím, že se zaměřuje na bakteriální ribozom na jedinečné místo.

Důležité je, že lariocidin nejen inhibuje syntézu proteinů tím, že interferuje s translokací, ale také indukuje chyby translace (chybné kódování), což dává dvojí mechanismus účinku.

Výzkumníci poznamenávají, že lariocidin splňuje tři důležitá kritéria pro antibiotika nové generace: nová struktura, nové vazebné místo a odlišný mechanismus účinku.

Antibiotika ve tvaru lasa, která se podílejí na rezistenci vůči lékům vyhýbajícím se UICHrát

Studie

Vědci vytvořili sbírku environmentálních bakteriálních kmenů jejich kultivací v laboratoři po dobu asi jednoho roku. Taková dlouhodobá kultivace umožnila růst nejpomaleji rostoucích bakterií, které by jinak byly přehlíženy.

Vyráběli metanolové extrakty jednotlivých bakteriálních kolonií a testovali je proti multirezistentní bakterii. To vedlo k identifikaci nového lasového peptidu, lariocidinu, produkovaného typem půdní bakterie tzv.Paenibacillus.

Provedením řady biochemických a strukturálních experimentů zjistili, že lariocidin může zabíjet širokou škálu bakterií, včetně multirezistentních kmenů, inhibicí syntézy ribozomálních proteinů.

Zjistili také, že lariocidin se váže na jedinečné místo v malé ribozomální podjednotce bakterií, které se výrazně liší od míst působení stávajících antibiotik, která se zaměřují na malou ribozomální podjednotku. Toto jedinečné vazebné místo umožnilo lariocidinu obejít obranné mechanismy, které si bakterie vyvinuly, aby odolávaly jiným lékům.

Tento ribozomální vazebný režim se primárně opírá o interakce se základním řetězcem RNA spíše než s nukleobázemi, takže je méně náchylný k rezistenci způsobené mutacemi ve vazebném místě.

V laboratorně adaptovaných bakteriálních kmenech s jediným ribozomálním RNA operonem vědci identifikovali vzácné spontánní mutace v 16S rRNA, které snižovaly citlivost na laricin.

Tým zdůraznil, že vývoj antibiotik, která působí na dříve nepoužívaných ribozomálních místech, nabízí způsob, jak obejít běžné mechanismy rezistence.

Jak pozorovali výzkumníci, jedinečná struktura lariocidinu mu umožnila překonat problémy, kterým obvykle čelí jiná antibiotika při zacílení na bakteriální ribozom. Mechanicky antibiotika nejprve vstupují do bakteriální buňky prostřednictvím transportérů, aby inhibovaly syntézu proteinů, zejména ribozomu. Bakterie však mohou modifikovat nebo odstranit tyto transportéry, aby blokovaly vstup antibiotik.

Naproti tomu silný kladný náboj lariocidinu umožnil bakteriální buňce vstoupit přímo přes membránu bez potřeby transportérů. Tato specifická vlastnost učinila z lariocidinu širokospektrální antibiotikum.

Protože lariocidin obchází potřebu specifických transportérů, může se dostat do širokého spektra bakteriálních druhů, čímž se snižuje pravděpodobnost vzniku rezistence prostřednictvím transportních mechanismů.

Pomocí modelu myši zAcinetobacter baumanniiPři infekci vědci ukázali, že lariocidin může významně snížit bakteriální zátěž v různých orgánech. Dále zjistili, že peptid má nízkou tendenci vytvářet spontánní rezistenci a nemá žádné cytotoxické účinky na lidské buňky.

Antimikrobiální aktivita byla ještě silnější v médiích s omezeným množstvím živin napodobujících hostitelská prostředí, což ukazuje na zlepšený klinický potenciál ve srovnání se standardním testováním citlivosti v bohatých médiích.

Tato zvýšená účinnost byla částečně spojena s přítomností bikarbonátu, který zvyšuje potenciál bakteriální membrány a podporuje příjem kladně nabitého lariozidinu.

Všechny tyto vlastnosti učinily lariocidin slibným kandidátem pro další vývoj v klinické antibiotikum pro léčbu závažných multirezistentních bakteriálních infekcí.

Studie také identifikovala strukturně příbuznou izoformu lariocidinu B (Lar-B), která obsahuje další izopeptidovou vazbu tvořící dvojitou strukturu lariatu. To může zlepšit stabilitu molekuly a označuje Lar-B jako zakladatele navrhované nové třídy (třída V) laso peptidů.

Provedením bioinformatické analýzy dostupných bakteriálních genomů vědci navrhli, že mohou existovat další laso peptidy zaměřené na ribozomy, které dosud nebyly objeveny v přírodě.

Identifikovali desítky shluků biosyntetických genů podobných lariocidinu (BGC) napříč mnoha bakteriálními kmeny, včetně Actinomycetota, Bacilliota a Proteobacteria, což ukazuje na širokou evoluční distribuci tohoto antibiotického lešení.

Výzkumníci popisují lariocidin jako prvního člena dříve nerozpoznané rodiny laso peptidů zaměřených na ribozomy, s potenciálem pro objevení ještě silnějších analogů.

Vědci nyní pracují na vývoji strategií pro modifikaci Lasso peptidu a jeho produkci ve velkých množstvích pro klinický vývoj.

Zdroje: