Antibiotik, lolamycin, telah ditemukan yang membunuh bakteri berbahaya tanpa merusak mikrobioma usus

Studi terbaru yang dipublikasikan di Nature menunjukkan bahwa para ilmuwan di AS telah mengembangkan dan menemukan antibiotik selektif baru yang disebut lolamycin yang menargetkan sistem transpor lipoprotein pada bakteri Gram-negatif. Bakteri. Para peneliti menemukan bahwa lolamycin efektif melawan patogen Gram-negatif yang resistan terhadap berbagai obat, efektif pada model infeksi tikus, menjaga mikrobioma usus, dan mencegah infeksi sekunder.

Antibiotik dapat mengganggu mikrobioma usus, menyebabkan peningkatan kerentanan terhadap patogen seperti C. Difficile dan meningkatkan risiko masalah gastrointestinal, ginjal, dan hematologi. Kebanyakan antibiotik, baik Gram-positif atau spektrum luas, merusak usus komensal dan menyebabkan disbiosis. Dampak antibiotik Gram-negatif terhadap mikrobioma masih belum jelas karena kelangkaannya. Deteksinya sulit dilakukan karena sebagian besar target antibiotik dimiliki oleh bakteri Gram positif dan Gram negatif. Karena mikrobioma usus mengandung berbagai bakteri Gram-negatif, antibiotik bebas seperti colistin dapat menyebabkan disbiosis yang signifikan sehingga membatasi penggunaannya.

Meskipun meningkatnya kebutuhan akan antibakteri baru untuk bakteri Gram-negatif akibat infeksi yang resisten, tidak ada kelas baru yang disetujui oleh Food and Drug Administration (FDA) dalam 50 tahun terakhir. Penemuan ini dipersulit oleh struktur membran yang kompleks dan pompa penghabisan bakteri Gram-negatif. Mengembangkan antibiotik khusus Gram-negatif yang mengawetkan mikrobioma memerlukan penargetan protein penting yang unik untuk bakteri Gram-negatif, dengan perbedaan homologi yang signifikan antara bakteri patogen dan komensal. Dalam studi ini, para ilmuwan mengembangkan dan melaporkan antibiotik baru yang disebut lolamycin, yang menargetkan sistem transpor Lol lipoprotein periplasma yang penting untuk berbagai patogen Gram-negatif.

Dalam penelitian ini, para ilmuwan menargetkan LolCDE, komponen kunci sistem Lol pada bakteri gram negatif. Penapisan dilakukan untuk menemukan penghambat potensial sistem ini, yang kemudian disintesis dan dievaluasi. Efektivitas lolamycin diuji terhadap isolat klinis E. Coli, K. Pneumoniae dan E. Cloacae yang resistan terhadap banyak obat. Studi kerentanan telah dilakukan terhadap lolamycin dan senyawa lainnya.

Mutan yang resisten terhadap lolamycin dikembangkan dan dibandingkan kebugarannya. Efek bakterisidal lolamycin dipelajari menggunakan kurva pertumbuhan. Mikroskop confocal digunakan untuk mengamati perubahan fenotipik pada bakteri target. Pemodelan molekuler dan simulasi dinamis, docking ansambel, dan analisis cluster digunakan untuk menyelidiki situs pengikatan dan mekanisme penghambatan lolamycin.

Selain itu, tikus diobati dengan piridin pirazol (senyawa 1) dan lolamycin secara intraperitoneal selama tiga hari. Studi farmakokinetik dilakukan untuk mengevaluasi bioavailabilitas lolamycin. Model infeksi digunakan untuk membandingkan efektivitas lolamycin dan senyawa 1 dalam pengobatan pneumonia dan septikemia, dengan lolamycin juga diberikan secara oral. Mikrobioma tikus dianalisis menggunakan sampel tinja melalui pengurutan RNA ribosom 16S. Selain itu, tikus yang diobati dengan antibiotik dipaparkan pada C. Difficile untuk menilai kemampuan mereka dalam membersihkan patogen itu sendiri.

Lolamycin, penghambat kompleks LolCDE, telah menunjukkan aktivitas tinggi terhadap patogen Gram-negatif tertentu dengan akumulasi rendah pada E. Coli. Lolamycin menunjukkan selektivitas, mengawetkan bakteri komensal gram-positif dan gram-negatif. Lolamycin menunjukkan toksisitas minimal terhadap sel mamalia dan tetap efektif dalam keberadaan 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, menunjukkan rentang sempit konsentrasi penghambatan minimum dan efektivitas terhadap galur yang resistan terhadap banyak obat.

Pengurutan lolCDE pada galur yang resistan tidak mengungkapkan 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 efek bakterisida atau bakteriostatik terhadap bakteri yang diuji. Pembengkakan sel yang diobati dengan lolamycin diamati, yang menunjukkan gangguan dalam pengangkutan lipoprotein. Mutan yang resistan terhadap lolamycin menunjukkan respons fenotipik yang berubah terhadap pengobatan, yang menunjukkan keterlibatan LolC dan LolE.

Lolamycin mengganggu pengangkutan lipoprotein dengan menghambat pengikatan secara kompetitif di situs BS1 dan BS2. Interaksi hidrofobik ternyata menjadi yang utama, yang menjelaskan penurunan efektivitas senyawa dengan amina primer. Mutasi resistensi memengaruhi afinitas pengikatan lolamycin, yang menyoroti perannya dalam mendestabilisasi situs pengikatan. Lolamycin menunjukkan kemanjuran yang lebih unggul dibandingkan dengan Senyawa 1 dalam mengurangi beban 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 kemanjuran yang signifikan, mengurangi beban bakteri dan meningkatkan kelangsungan hidup tikus yang terinfeksi E. Coli yang resistan terhadap kolistin. Lolamycin memiliki efek minimal pada mikrobioma usus, mempertahankan kekayaan dan keanekaragamannya dibandingkan dengan amoksisilin dan klindamisin. Kolonisasi C. Difficile minimal diamati pada tikus yang diobati dengan lolamycin dan hewan kontrol. Sebaliknya, tikus yang diobati dengan amoksisilin atau klindamisin gagal membersihkan C. Difficile, menunjukkan kolonisasi tinggi selama percobaan.

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