È stato scoperto un antibiotico, la lolamicina, che uccide i batteri pericolosi senza danneggiare il microbioma intestinale

Un recente studio pubblicato su Nature ha dimostrato che gli scienziati negli Stati Uniti hanno sviluppato e scoperto un nuovo antibiotico selettivo chiamato lolamicina che prende di mira il sistema di trasporto delle lipoproteine nei Gram-negativi batteri. I ricercatori hanno scoperto che la lolamicina è efficace contro i patogeni Gram-negativi multiresistenti, è efficace nei modelli di infezione dei topi, preserva il microbioma intestinale e previene le infezioni secondarie.

Gli antibiotici possono distruggere il microbioma intestinale, portando ad una maggiore suscettibilità agli agenti patogeni come C. Difficile e aumentando i rischi di problemi gastrointestinali, renali ed ematologici. La maggior parte degli antibiotici, siano essi Gram-positivi o ad ampio spettro, danneggiano i commensali intestinali e causano disbiosi. L’impatto degli antibiotici esclusivamente Gram-negativi sul microbioma non è chiaro a causa della loro rarità. La loro individuazione è difficile perché la maggior parte dei bersagli antibiotici sono condivisi da batteri Gram-positivi e Gram-negativi. Poiché il microbioma intestinale contiene una varietà di batteri Gram-negativi, gli antibiotici promiscui come la colistina possono causare una significativa disbiosi, limitandone l'uso.

Nonostante la crescente necessità di nuovi antibatterici per i batteri Gram-negativi dovuti a infezioni resistenti, negli ultimi 50 anni nessuna nuova classe è stata approvata dalla Food and Drug Administration (FDA). La scoperta è complicata dalla complessa struttura della membrana e dalle pompe di efflusso dei batteri Gram-negativi. Lo sviluppo di un antibiotico esclusivamente Gram-negativo che preservi il microbioma richiede di prendere di mira un’importante proteina unica dei batteri Gram-negativi, con significative differenze di omologia tra batteri patogeni e commensali. In questo studio, gli scienziati hanno sviluppato e presentato un nuovo antibiotico chiamato lolamicina, che prende di mira il sistema di trasporto della lipoproteina periplasmatica Lol, importante per una varietà di agenti patogeni Gram-negativi.

In questo studio, gli scienziati hanno preso di mira il LolCDE, un componente chiave del sistema Lol nei batteri gram-negativi. Sono stati condotti screening per individuare potenziali inibitori di questo sistema, che sono stati poi sintetizzati e valutati. L'efficacia della lolamicina è stata testata contro isolati clinici multiresistenti di E. Coli, K. Pneumoniae ed E. Cloacae. Sono stati condotti studi di sensibilità con lolamicina e altri composti.

Mutanti resistenti alla lolamicina sono stati sviluppati e confrontati per il fitness. L'effetto battericida della lolamicina è stato studiato utilizzando curve di crescita. La microscopia confocale è stata utilizzata per osservare i cambiamenti fenotipici nei batteri bersaglio. Per studiare i siti di legame e il meccanismo di inibizione della lolamicina sono stati utilizzati modelli molecolari e simulazioni dinamiche, docking di ensemble e analisi di cluster.

Inoltre, i topi sono stati trattati con piridina pirazolo (composto 1) e lolamicina per via intraperitoneale per tre giorni. Sono stati condotti studi farmacocinetici per valutare la biodisponibilità della lolamicina. Sono stati utilizzati modelli di infezione per confrontare l'efficacia della lolamicina e del composto 1 nel trattamento della polmonite e della setticemia, con la lolamicina somministrata anche per via orale. I microbiomi dei topi sono stati analizzati utilizzando i loro campioni fecali attraverso il sequenziamento dell'RNA ribosomiale 16S. Inoltre, i topi trattati con antibiotici sono stati esposti a C. Difficile per valutare la loro capacità di eliminare da soli l'agente patogeno.

La lolamicina, un inibitore del complesso LolCDE, ha mostrato un'elevata attività contro specifici agenti patogeni Gram-negativi con basso accumulo in E. Coli. La lolamicina ha mostrato selettività, preservando sia i batteri commensali gram-positivi che gram-negativi. Ha mostrato una tossicità minima per le cellule dei mammiferi ed è rimasto efficace in presenza di siero umano. La lolamicina ha dimostrato un'elevata attività contro gli isolati clinici multiresistenti di E. Coli, K. Pneumoniae ed E. Cloacae. La lolamicina ha sovraperformato gli altri composti, mostrando un intervallo ristretto di concentrazioni minime inibitorie ed efficacia contro ceppi multiresistenti.

Il sequenziamento di lolCDE in ceppi resistenti non ha rivelato mutazioni associate alla resistenza alla lolamicina, evidenziandone il potenziale come promettente candidato antibiotico. La lolamicina ha mostrato una bassa frequenza di resistenza tra i ceppi. Le proteine LolC e LolE sono state identificate come bersagli, con mutazioni specifiche associate alla resistenza. La lolamicina ha mostrato effetti battericidi o batteriostatici contro i batteri testati. È stato osservato un rigonfiamento delle cellule trattate con lolamicina, che indica un'interruzione del trasporto delle lipoproteine. I mutanti resistenti alla lolamicina hanno mostrato risposte fenotipiche alterate al trattamento, suggerendo il coinvolgimento di LolC e LolE.

La lolamicina ha interrotto il trasporto delle lipoproteine inibendo in modo competitivo il legame ai siti BS1 e BS2. Le interazioni idrofobiche si sono rivelate le principali, spiegando la diminuzione dell'efficacia dei composti con ammine primarie. Le mutazioni di resistenza hanno influenzato l'affinità di legame della lolamicina, evidenziandone il ruolo nella destabilizzazione dei siti di legame. La lolamicina ha mostrato un'efficacia superiore rispetto al Composto 1 nel ridurre la carica batterica e aumentare la sopravvivenza nei modelli di infezione che coinvolgono batteri multiresistenti come E. Coli AR0349, K. Pneumoniae ed E. Cloacae.

La somministrazione orale di lolamicina ha mostrato biodisponibilità ed efficacia significative, riducendo la carica batterica e aumentando la sopravvivenza dei topi infettati da E. Coli resistente alla colistina. La lolamicina ha avuto effetti minimi sul microbioma intestinale, mantenendone la ricchezza e la diversità rispetto ad amoxicillina e clindamicina. È stata osservata una colonizzazione minima da C. Difficile nei topi trattati con lolamicina e negli animali di controllo. Al contrario, i topi trattati con amoxicillina o clindamicina non sono riusciti a eliminare C. Difficile, mostrando un'elevata colonizzazione durante l'esperimento.

In conclusione, questo studio pionieristico identifica la lolamicina come un antibiotico specifico che ha il potenziale di ridurre al minimo i danni al microbioma intestinale e prevenire le infezioni secondarie. Sono necessarie ulteriori ricerche e studi clinici per confermare l’utilità clinica del farmaco. In futuro, gli effetti di preservazione del microbioma della lolamicina potrebbero fornire vantaggi significativi rispetto agli attuali antibiotici ad ampio spettro nella pratica clinica, migliorando i risultati dei pazienti e la salute generale.