Si è scoperto che l'antibiotico lolamicina uccide i batteri pericolosi senza danneggiare il microbioma intestinale

Un recente studio pubblicato sulla rivista Nature ha scoperto che scienziati statunitensi hanno sviluppato e scoperto un nuovo antibiotico selettivo chiamato lolamicina, che agisce sul sistema di trasporto delle lipoproteine nei batteri Gram-negativi. I ricercatori hanno scoperto che la lolamicina è efficace contro i patogeni Gram-negativi multiresistenti, mostra efficacia nei modelli di infezione murina, preserva il microbioma intestinale e previene le infezioni secondarie.

Gli antibiotici possono alterare il microbioma intestinale, aumentando la suscettibilità a patogeni come il C. difficile e il rischio di problemi gastrointestinali, renali ed ematologici. La maggior parte degli antibiotici, sia Gram-positivi che ad ampio spettro, danneggia i batteri commensali intestinali e causa disbiosi. L'impatto degli antibiotici che agiscono solo sui batteri Gram-negativi sul microbioma non è chiaro a causa della loro rarità. La loro individuazione è difficile perché la maggior parte dei bersagli degli antibiotici è comune sia ai batteri Gram-positivi che a quelli Gram-negativi. Poiché il microbioma intestinale contiene molti batteri Gram-negativi, antibiotici promiscui come la colistina possono causare una significativa disbiosi, limitandone l'uso.

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

In questo studio, i ricercatori 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 multifarmaco-resistenti di E. coli, K. pneumoniae ed E. cloacae. Sono stati condotti studi di suscettibilità con lolamicina e altri composti.

Sono stati sviluppati mutanti resistenti alla lolamicina e ne è stata confrontata l'idoneità. L'attività battericida della lolamicina è stata studiata utilizzando curve di crescita. La microscopia confocale è stata utilizzata per osservare i cambiamenti fenotipici nei batteri target. Modellazione molecolare e simulazioni dinamiche, docking d'insieme e analisi cluster sono stati utilizzati per studiare i siti di legame e il meccanismo di inibizione della lolamicina.

Inoltre, i topi sono stati trattati con piridinapirazolo (composto 1) e lolamicina per via intraperitoneale per tre giorni. Sono stati condotti studi di farmacocinetica per valutare la biodisponibilità della lolamicina. Sono stati utilizzati modelli di infezione per confrontare l'efficacia della lolamicina e del composto 1 nel trattamento di polmonite e setticemia, con la lolamicina somministrata anche per via orale. Il microbioma dei topi è stato analizzato utilizzando i loro campioni fecali tramite sequenziamento dell'RNA ribosomiale 16S. Inoltre, i topi trattati con antibiotici sono stati esposti a C. difficile per valutarne la capacità di eliminare autonomamente il patogeno.

La lolamicina, un inibitore del complesso LolCDE, ha dimostrato un'elevata attività contro specifici patogeni Gram-negativi con basso accumulo in E. coli. La lolamicina ha dimostrato selettività, risparmiando i batteri commensali sia Gram-positivi che Gram-negativi. Ha mostrato una tossicità minima per le cellule di mammifero ed è rimasta efficace in presenza di siero umano. La lolamicina ha dimostrato un'elevata attività contro isolati clinici multifarmaco-resistenti di E. coli, K. pneumoniae ed E. cloacae. La lolamicina ha superato altri composti mostrando un intervallo ristretto di concentrazioni minime inibitorie ed efficacia contro ceppi multifarmaco-resistenti.

Il sequenziamento di lolCDE nei 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 target, con mutazioni specifiche associate alla resistenza. La lolamicina ha mostrato attività battericida o batteriostatica contro i batteri testati. È stato osservato un rigonfiamento delle cellule trattate con lolamicina, suggerendo un trasporto lipoproteico alterato. I mutanti resistenti alla lolamicina hanno mostrato risposte fenotipiche alterate al trattamento, confermando il coinvolgimento di LolC e LolE.

La lolamicina ha compromesso il trasporto delle lipoproteine inibendo competitivamente il legame a BS1 e BS2. Le interazioni idrofobiche sono risultate dominanti, il che spiega la ridotta efficacia dei composti con ammine primarie. Le mutazioni che conferiscono 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 in modelli di infezione che coinvolgono batteri multiresistenti come E. coli AR0349, K. pneumoniae ed E. cloacae.

La somministrazione orale di lolamicina ha dimostrato una significativa biodisponibilità ed efficacia, riducendo la carica batterica e aumentando la sopravvivenza nei topi infettati da E. coli resistente alla colistina. La lolamicina ha avuto un impatto minimo sul microbioma intestinale, pur mantenendone la ricchezza e la diversità rispetto ad amoxicillina e clindamicina. I topi trattati con lolamicina e i controlli hanno mostrato una colonizzazione minima da parte di C. difficile. 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 minimizzare il danno al microbioma intestinale e prevenire le infezioni secondarie. Sono necessari ulteriori studi e sperimentazioni cliniche per confermare l'applicabilità clinica del farmaco. In futuro, l'effetto di preservazione del microbioma della lolamicina potrebbe offrire vantaggi significativi rispetto agli attuali antibiotici ad ampio spettro nella pratica clinica, migliorando gli esiti clinici e la salute generale dei pazienti.