On avastatud, et antibiootikum lolamütsiin tapab ohtlikke baktereid, kahjustamata seejuures soolestiku mikrobioomi.

Hiljuti ajakirjas Nature avaldatud uuringust selgus, et USA teadlased on välja töötanud ja avastanud uue selektiivse antibiootikumi lolamütsiini, mis on suunatud gramnegatiivsete bakterite lipoproteiinide transpordisüsteemile. Teadlased leidsid, et lolamütsiin on efektiivne multiresistentsete gramnegatiivsete patogeenide vastu, on efektiivne hiireinfektsioonimudelites, säilitab soolestiku mikrobioomi ja ennetab sekundaarseid infektsioone.

Antibiootikumid võivad häirida soolestiku mikrobioomi, mis suurendab vastuvõtlikkust selliste patogeenide nagu C. difficile suhtes ning suurendab seedetrakti, neerude ja hematoloogiliste probleemide riski. Enamik antibiootikume, olgu need siis grampositiivsed või laia spektriga, kahjustavad soolestiku kommensaalbaktereid ja põhjustavad düsbioosi. Ainult gramnegatiivsete antibiootikumide mõju mikrobioomile on nende harulduse tõttu ebaselge. Nende tuvastamine on keeruline, kuna enamik antibiootikumide sihtmärke on ühised nii grampositiivsetel kui ka gramnegatiivsetel bakteritel. Kuna soolestiku mikrobioom sisaldab palju gramnegatiivseid baktereid, võivad valimatud antibiootikumid, näiteks kolistiin, põhjustada märkimisväärset düsbioosi, mis piirab nende kasutamist.

Vaatamata kasvavale vajadusele uute antibakteriaalsete ainete järele gramnegatiivsete bakterite vastu püsivate infektsioonide tõttu, ei ole Toidu- ja Ravimiamet (FDA) viimase 50 aasta jooksul heaks kiitnud ühtegi uut ravimiklassi. Avastamist raskendab gramnegatiivsete bakterite keeruline membraanistruktuur ja väljavoolupumbad. Ainult gramnegatiivsetele bakteritele mõeldud antibiootikumi väljatöötamine, mis säilitab mikrobioomi, nõuab gramnegatiivsetele bakteritele ainuomase olulise valgu sihtimist, millel on patogeensete ja kommensaalsete bakterite vahel olulisi homoloogilisi erinevusi. Selles uuringus töötasid teadlased välja ja teatasid uue antibiootikumi nimega lolamütsiin, mis on suunatud periplasmaatilisele lipoproteiini Lol transpordisüsteemile, mis on oluline mitmesuguste gramnegatiivsete patogeenide jaoks.

Selles uuringus sihtisid teadlased LolCDE-d, mis on gramnegatiivsete bakterite Lol-süsteemi põhikomponent. Selle süsteemi potentsiaalsete inhibiitorite leidmiseks viidi läbi skriininguid, mis seejärel sünteesiti ja hinnati. Lolamütsiini efektiivsust testiti E. coli, K. pneumoniae ja E. cloacae multiresistentsete kliiniliste isolaatide vastu. Lolamütsiini ja teiste ühenditega viidi läbi tundlikkusuuringud.

Arendati lolamütsiiniresistentseid mutante ja võrreldi nende sobivust. Lolamütsiini bakteritsiidset aktiivsust uuriti kasvukõverate abil. Sihtbakterite fenotüüpiliste muutuste jälgimiseks kasutati konfokaalset mikroskoopiat. Lolamütsiini inhibeerimise seondumiskohtade ja mehhanismi uurimiseks kasutati molekulaarset modelleerimist ja dünaamilisi simulatsioone, ansambli dokkimist ja klasteranalüüsi.

Lisaks raviti hiiri püridiinpürasooliga (ühend 1) ja lolamütsiiniga intraperitoneaalselt kolme päeva jooksul. Lolamütsiini biosaadavuse hindamiseks viidi läbi farmakokineetilised uuringud. Lolamütsiini ja ühendi 1 efektiivsuse võrdlemiseks kopsupõletiku ja septitseemia ravis kasutati infektsioonimudeleid, kusjuures lolamütsiini manustati ka suu kaudu. Hiirte mikrobioomi analüüsiti nende väljaheiteproovide abil 16S ribosomaalse RNA sekveneerimise teel. Lisaks eksponeeriti antibiootikumidega töödeldud hiiri C. difficile'ile, et hinnata nende võimet patogeeni iseseisvalt kõrvaldada.

Lolamütsiin, LolCDE kompleksi inhibiitor, näitas kõrget aktiivsust spetsiifiliste gramnegatiivsete patogeenide vastu ja akumuleerus E. colis vähe. Lolamütsiin näitas selektiivsust, säästes nii grampositiivseid kui ka gramnegatiivseid kommensaalseid baktereid. See näitas minimaalset toksilisust imetajate rakkudele ja püsis efektiivne ka inimese seerumi juuresolekul. Lolamütsiin näitas kõrget aktiivsust multiresistentsete E. coli, K. pneumoniae ja E. cloacae kliiniliste isolaatide vastu. Lolamütsiin edestas teisi ühendeid, näidates kitsast minimaalsete inhibeerivate kontsentratsioonide vahemikku ja efektiivsust multiresistentsete tüvede vastu.

Resistentsetes tüvedes lolCDE sekveneerimine ei näidanud lolamütsiini resistentsusega seotud mutatsioone, mis rõhutab selle potentsiaali paljulubava antibiootikumikandidaadina. Lolamütsiinil oli tüvede seas madal resistentsuse esinemissagedus. Sihtmärkidena identifitseeriti LolC ja LolE valgud, kusjuures spetsiifilised mutatsioonid olid seotud resistentsusega. Lolamütsiinil oli testitud bakterite vastu kas bakteritsiidne või bakteriostaatiline toime. Täheldati lolamütsiiniga töödeldud rakkude turset, mis viitab lipoproteiinide transpordi häirele. Lolamütsiini suhtes resistentsed mutandid näitasid ravile muutunud fenotüübilisi reaktsioone, mis kinnitas LolC ja LolE osalemist.

Lolamütsiin kahjustas lipoproteiinide transporti, inhibeerides konkureerivalt seondumist BS1 ja BS2 juures. Leiti, et domineerivad on hüdrofoobsed interaktsioonid, mis selgitab primaarsete amiinidega ühendite vähenenud efektiivsust. Resistentsust põhjustavad mutatsioonid mõjutasid lolamütsiini seondumisafiinsust, rõhutades nende rolli seondumiskohtade destabiliseerimisel. Lolamütsiin näitas ühendiga 1 võrreldes paremat efektiivsust bakterite koormuse vähendamisel ja ellujäämise suurendamisel infektsioonimudelites, mis hõlmasid multiresistentseid baktereid, nagu E. coli AR0349, K. pneumoniae ja E. cloacae.

Lolamütsiini suukaudne manustamine näitas märkimisväärset biosaadavust ja efektiivsust, vähendades bakterite hulka ja suurendades elulemust kolistiiniresistentse E. coli'ga nakatunud hiirtel. Lolamütsiinil oli minimaalne mõju soole mikrobioomile, säilitades samal ajal selle rikkuse ja mitmekesisuse võrreldes amoksitsilliini ja klindamütsiiniga. Lolamütsiiniga ravitud hiirtel ja kontrollrühmal täheldati minimaalset C. difficile koloniseerimist. Seevastu amoksitsilliini või klindamütsiiniga ravitud hiirtel ei õnnestunud C. difficile'ist vabaneda, näidates kogu katse vältel kõrget koloniseerimist.

Kokkuvõtteks võib öelda, et see teedrajav uuring identifitseerib lolamütsiini kui spetsiifilist antibiootikumi, millel on potentsiaal minimeerida soole mikrobioomi kahjustusi ja ennetada sekundaarseid infektsioone. Ravimi kliinilise rakendatavuse kinnitamiseks on vaja täiendavaid uuringuid ja kliinilisi katsetusi. Tulevikus võib lolamütsiini mikrobioomi säilitav toime pakkuda kliinilises praktikas olulisi eeliseid praeguste laia toimespektriga antibiootikumide ees, parandades patsientide tulemusi ja üldist tervist.