Antibiotik lolamycin telah ditemukan untuk membunuh bakteri berbahaya tanpa merusak mikrobioma usus

Sebuah studi terkini yang dipublikasikan dalam jurnal Nature menemukan bahwa ilmuwan AS telah mengembangkan dan menemukan antibiotik selektif baru yang disebut lolamycin yang menargetkan sistem transportasi lipoprotein pada bakteri gram negatif. Para peneliti menemukan bahwa lolamycin efektif terhadap patogen gram negatif yang resistan terhadap berbagai obat, menunjukkan kemanjuran pada model infeksi tikus, menjaga mikrobioma usus, dan mencegah infeksi sekunder.

Antibiotik dapat mengganggu mikrobioma usus, yang menyebabkan peningkatan kerentanan terhadap patogen seperti C. difficile dan meningkatkan risiko masalah gastrointestinal, ginjal, dan hematologi. Sebagian besar antibiotik, baik gram positif maupun spektrum luas, membahayakan bakteri komensal usus dan menyebabkan disbiosis. Dampak antibiotik gram negatif saja terhadap mikrobioma tidak jelas karena kelangkaannya. Deteksinya sulit karena sebagian besar target antibiotik sama untuk bakteri gram positif dan gram negatif. Karena mikrobioma usus mengandung banyak bakteri gram negatif, antibiotik sembarangan seperti kolistin dapat menyebabkan disbiosis yang signifikan, sehingga membatasi penggunaannya.

Meskipun kebutuhan akan agen antibakteri baru untuk bakteri Gram-negatif meningkat karena infeksi yang terus-menerus, tidak ada kelas baru yang telah disetujui oleh Badan Pengawas Obat dan Makanan (FDA) dalam 50 tahun terakhir. Penemuan ini rumit karena struktur membran yang kompleks dan pompa efluks bakteri Gram-negatif. Mengembangkan antibiotik khusus Gram-negatif yang mempertahankan mikrobioma memerlukan penargetan protein penting yang unik untuk bakteri Gram-negatif, dengan perbedaan homologi yang signifikan antara bakteri patogen dan bakteri komensal. Dalam penelitian ini, para ilmuwan mengembangkan dan melaporkan antibiotik baru yang disebut lolamycin, yang menargetkan sistem transportasi lipoprotein periplasma Lol yang penting untuk berbagai patogen Gram-negatif.

Dalam penelitian ini, para peneliti menargetkan LolCDE, komponen utama sistem Lol pada bakteri Gram-negatif. Skrining dilakukan untuk menemukan inhibitor potensial dari sistem ini, yang kemudian disintesis dan dievaluasi. Kemanjuran lolamycin diuji terhadap isolat klinis E. coli, K. pneumoniae, dan E. cloacae yang resistan terhadap banyak obat. Studi kerentanan dilakukan dengan lolamycin dan senyawa lainnya.

Mutan yang resistan terhadap lolamycin dikembangkan dan dibandingkan untuk mengetahui kebugarannya. Aktivitas bakterisida lolamycin dipelajari menggunakan kurva pertumbuhan. Mikroskopi konfokal digunakan untuk mengamati perubahan fenotip pada bakteri target. Pemodelan molekuler dan simulasi dinamis, docking ensemble, dan analisis kluster digunakan untuk menyelidiki tempat pengikatan dan mekanisme penghambatan lolamycin.

Selain itu, tikus diobati dengan piridinpirazol (senyawa 1) dan lolamisin secara intraperitoneal selama tiga hari. Studi farmakokinetik dilakukan untuk menilai bioavailabilitas lolamisin. Model infeksi digunakan untuk membandingkan kemanjuran lolamisin dan senyawa 1 dalam pengobatan pneumonia dan septikemia, dengan lolamisin juga diberikan secara oral. Mikrobioma tikus dianalisis menggunakan sampel fesesnya melalui sekuensing RNA ribosomal 16S. Selain itu, tikus yang diobati dengan antibiotik dipaparkan pada C. difficile untuk menilai kemampuannya dalam membersihkan patogen itu sendiri.

Lolamycin, penghambat kompleks LolCDE, menunjukkan aktivitas tinggi terhadap patogen Gram-negatif tertentu dengan akumulasi rendah pada E. coli. Lolamycin menunjukkan selektivitas, tidak menyerang bakteri komensal Gram-positif dan Gram-negatif. Lolamycin menunjukkan toksisitas minimal terhadap sel mamalia dan tetap efektif dalam serum manusia. Lolamycin menunjukkan aktivitas tinggi terhadap isolat klinis E. coli, K. pneumoniae, dan E. cloacae yang resistan terhadap banyak obat. Lolamycin mengungguli senyawa lain dengan menunjukkan rentang sempit konsentrasi penghambatan minimum dan kemanjuran terhadap galur yang resistan terhadap banyak obat.

Pengurutan lolCDE pada galur yang resistan tidak menunjukkan adanya mutasi yang terkait dengan resistensi lolamycin, yang menyoroti potensinya sebagai kandidat antibiotik yang menjanjikan. Lolamycin menunjukkan frekuensi resistensi yang rendah di antara galur. Protein LolC dan LolE diidentifikasi sebagai target, dengan mutasi spesifik yang terkait dengan resistensi. Lolamycin menunjukkan aktivitas bakterisida atau bakteriostatik terhadap bakteri yang diuji. Pembengkakan sel yang diobati dengan lolamycin diamati, yang menunjukkan gangguan transportasi lipoprotein. Mutan yang resistan terhadap lolamycin menunjukkan respons fenotipik yang berubah terhadap pengobatan, yang mengonfirmasi keterlibatan LolC dan LolE.

Lolamycin mengganggu transportasi lipoprotein dengan menghambat pengikatan secara kompetitif pada BS1 dan BS2. Interaksi hidrofobik ditemukan dominan, yang menjelaskan berkurangnya kemanjuran senyawa dengan amina primer. Mutasi yang menimbulkan resistensi memengaruhi afinitas pengikatan lolamycin, yang menyoroti perannya dalam mendestabilisasi tempat pengikatan. Lolamycin menunjukkan kemanjuran yang lebih unggul dibandingkan dengan senyawa 1 dalam mengurangi jumlah bakteri dan meningkatkan kelangsungan hidup dalam model infeksi yang melibatkan bakteri yang resistan terhadap banyak obat seperti E. coli AR0349, K. pneumoniae, dan E. cloacae.

Pemberian lolamycin secara oral menunjukkan bioavailabilitas dan efikasi yang signifikan, mengurangi jumlah bakteri dan meningkatkan kelangsungan hidup pada tikus yang terinfeksi E. coli yang resistan terhadap kolistin. Lolamycin memiliki dampak minimal pada mikrobioma usus sambil mempertahankan kekayaan dan keanekaragamannya dibandingkan dengan amoksisilin dan klindamisin. Tikus dan kontrol yang diobati dengan lolamycin menunjukkan kolonisasi minimal dengan C. difficile. Sebaliknya, tikus yang diobati dengan amoksisilin atau klindamisin gagal membersihkan C. difficile, menunjukkan kolonisasi yang tinggi selama percobaan.

Sebagai kesimpulan, studi perintis ini mengidentifikasi lolamycin sebagai antibiotik spesifik yang berpotensi meminimalkan kerusakan mikrobioma usus dan mencegah infeksi sekunder. Studi dan uji klinis lebih lanjut diperlukan untuk mengonfirmasi penerapan klinis obat tersebut. Di masa mendatang, efek lolamycin dalam mempertahankan mikrobioma dapat memberikan keuntungan signifikan dibandingkan antibiotik spektrum luas saat ini dalam praktik klinis, sehingga meningkatkan hasil dan kesehatan pasien secara keseluruhan.