Antibiootti lolamysiinin on havaittu tappavan vaarallisia bakteereja vahingoittamatta suoliston mikrobiomia.

Nature-lehdessä julkaistussa tuoreessa tutkimuksessa todettiin, että yhdysvaltalaiset tiedemiehet ovat kehittäneet ja löytäneet uuden selektiivisen antibiootin nimeltä lolamysiini, joka kohdistuu gramnegatiivisten bakteerien lipoproteiinikuljetusjärjestelmään. Tutkijat havaitsivat, että lolamysiini tehoaa moniresistentteihin gramnegatiivisiin taudinaiheuttajiin, on osoittautunut tehokkaaksi hiiriinfektiomalleissa, säilyttää suoliston mikrobiomin ja ehkäisee toissijaisia infektioita.

Antibiootit voivat häiritä suoliston mikrobiomia, mikä johtaa lisääntyneeseen alttiuteen taudinaiheuttajille, kuten C. difficile, ja lisää ruoansulatuskanavan, munuaisten ja hematologisten ongelmien riskiä. Useimmat antibiootit, olivatpa ne sitten grampositiivisia tai laajakirjoisia, vahingoittavat suoliston kommensaalibakteereja ja aiheuttavat dysbioosia. Pelkästään gramnegatiivisia bakteereja sisältävien antibioottien vaikutus mikrobiomiin on epäselvä niiden harvinaisuuden vuoksi. Niiden havaitseminen on vaikeaa, koska useimmat antibioottien kohteet ovat yhteisiä sekä grampositiivisille että gramnegatiivisille bakteereille. Koska suoliston mikrobiomi sisältää monia gramnegatiivisia bakteereja, sekalaiset antibiootit, kuten kolistiini, voivat aiheuttaa merkittävää dysbioosia, mikä rajoittaa niiden käyttöä.

Vaikka gramnegatiivisiin bakteereihin kohdistuvien uusien antibakteeristen aineiden tarve kasvaa jatkuvien infektioiden vuoksi, Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto (FDA) ei ole hyväksynyt uusia lääkeryhmiä viimeisten 50 vuoden aikana. Löytöjä vaikeuttaa gramnegatiivisten bakteerien monimutkainen kalvorakenne ja ulosvirtauspumput. Vain gramnegatiivisiin bakteereihin kohdistuvan, mikrobiomia säilyttävän antibiootin kehittäminen edellyttää gramnegatiivisille bakteereille ominaisen tärkeän proteiinin kohdistamista, sillä patogeenisten ja kommensaalisten bakteerien välillä on merkittäviä homologiaeroja. Tässä tutkimuksessa tutkijat kehittivät ja raportoivat uuden antibiootin nimeltä lolamysiini, joka kohdistuu periplasmiseen lipoproteiini Lol -kuljetusjärjestelmään, joka on tärkeä useille gramnegatiivisille patogeeneille.

Tässä tutkimuksessa tutkijat kohdistivat kokeensa LolCDE:hen, joka on gramnegatiivisten bakteerien Lol-järjestelmän keskeinen osa. Järjestelmän potentiaalisten inhibiittorien löytämiseksi tehtiin seulontoja, jotka sitten syntetisoitiin ja arvioitiin. Lolamysiinin tehoa testattiin monilääkeresistenttejä kliinisiä E. coli-, K. pneumoniae- ja E. cloacae -isolaatteja vastaan. Herkkyystutkimuksia tehtiin lolamysiinillä ja muilla yhdisteillä.

Lolamysiinille resistenttejä mutantteja kehitettiin ja verrattiin niiden soveltuvuuden suhteen. Lolamysiinin bakterisidista aktiivisuutta tutkittiin kasvukäyrien avulla. Konfokaalimikroskopiaa käytettiin kohdebakteerien fenotyyppisten muutosten havaitsemiseen. Molekyylimallinnusta ja dynaamisia simulaatioita, ensemble-telakointia ja klusterianalyysia käytettiin lolamysiinin sitoutumiskohtien ja eston mekanismin tutkimiseen.

Lisäksi hiiriä hoidettiin pyridiinipyratsolilla (yhdiste 1) ja lolamysiinillä vatsaontelonsisäisesti kolmen päivän ajan. Farmakokineettisiä tutkimuksia tehtiin lolamysiinin biologisen hyötyosuuden arvioimiseksi. Infektiomalleja käytettiin lolamysiinin ja yhdisteen 1 tehokkuuden vertaamiseen keuhkokuumeen ja septikemian hoidossa, ja lolamysiiniä annettiin myös suun kautta. Hiirien mikrobiomit analysoitiin niiden ulostenäytteistä 16S-ribosomaalisen RNA:n sekvensoinnin avulla. Lisäksi antibiooteilla käsitellyt hiiret altistettiin C. difficile -bakteerille, jotta voitiin arvioida niiden kykyä poistaa patogeeni itse.

Lolamysiini, LolCDE-kompleksin estäjä, osoitti voimakasta aktiivisuutta tiettyjä gramnegatiivisia taudinaiheuttajia vastaan ja sen kertyminen E. coliin oli vähäistä. Lolamysiini osoitti selektiivisyyttä, säästäen sekä grampositiiviset että gramnegatiiviset kommensaalibakteerit. Se osoitti minimaalista toksisuutta nisäkässoluille ja pysyi tehokkaana ihmisen seerumin läsnä ollessa. Lolamysiini osoitti voimakasta aktiivisuutta monilääkeresistenttejä E. coli-, K. pneumoniae- ja E. cloacae -kliinisiä isolaatteja vastaan. Lolamysiini oli muita yhdisteitä tehokkaampi osoittamalla kapeaa minimaalisten estävien pitoisuuksien vaihteluväliä ja tehoa monilääkeresistenttejä kantoja vastaan.

Resistenttien kantojen lolCDE-geenin sekvensointi ei paljastanut lolamysiiniresistenssiin liittyviä mutaatioita, mikä korostaa sen potentiaalia lupaavana antibioottikandidaattina. Lolamysiinin resistenssin esiintyvyys kantojen välillä oli alhainen. LolC- ja LolE-proteiinit tunnistettiin kohteiksi, ja spesifiset mutaatiot liittyivät resistenssiin. Lolamysiinillä oli joko bakterisidinen tai bakteriostaattinen aktiivisuus testattuja bakteereja vastaan. Lolamysiinillä käsiteltyjen solujen turvotusta havaittiin, mikä viittaa heikentyneeseen lipoproteiinikuljetukseen. Lolamysiiniresistentit mutantit osoittivat muuttuneita fenotyyppisiä vasteita hoitoon, mikä vahvistaa LolC:n ja LolE:n osallisuuden.

Lolamysiini heikensi lipoproteiinikuljetuksia estämällä kilpailevasti sitoutumista BS1- ja BS2-positioihin. Hydrofobisten vuorovaikutusten havaittiin olevan hallitsevia, mikä selitti primaaristen amiinien kanssa käytettävien yhdisteiden heikentyneen tehon. Resistenssiä aiheuttavat mutaatiot vaikuttivat lolamysiinin sitoutumisaffiniteettiin, mikä korosti niiden roolia sitoutumiskohtien epävakauttamisessa. Lolamysiini osoitti parempaa tehoa kuin yhdiste 1 bakteerikuorman vähentämisessä ja eloonjäämisen lisäämisessä infektiomalleissa, joihin osallistui monilääkeresistenttejä bakteereja, kuten E. coli AR0349, K. pneumoniae ja E. cloacae.

Lolamysiinin suun kautta annettuna havaittiin merkittävä biologinen hyötyosuus ja teho, mikä vähensi bakteerikuormaa ja lisäsi eloonjäämistä hiirillä, joilla oli kolistiiniresistentti E. coli -bakteeri. Lolamysiinillä oli minimaalinen vaikutus suoliston mikrobiomiin, mutta sen rikkaus ja monimuotoisuus säilyivät verrattuna amoksisilliiniin ja klindamysiiniin. Lolamysiinillä käsitellyillä hiirillä ja kontrollihiirillä havaittiin minimaalinen C. difficile -kolonisaatio. Sitä vastoin amoksisilliinilla tai klindamysiinillä käsitellyillä hiirillä ei havaittu C. difficile -bakteerin häviämistä, ja kolonisaatio oli runsasta koko kokeen ajan.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tämä uraauurtava tutkimus tunnistaa lolamysiinin spesifiseksi antibiootiksi, jolla on potentiaalia minimoida suoliston mikrobiomin vaurioita ja estää toissijaisia infektioita. Lisätutkimuksia ja kliinisiä kokeita tarvitaan lääkkeen kliinisen sovellettavuuden vahvistamiseksi. Tulevaisuudessa lolamysiinin mikrobiomia säilyttävä vaikutus voi tarjota merkittäviä etuja nykyisiin laajakirjoisiin antibiootteihin verrattuna kliinisessä käytännössä, parantaen potilaiden hoitotuloksia ja yleistä terveydentilaa.