Riepilogo dell’editore La biosintesi del lipide A è essenziale per la formazione della membrana esterna della maggior parte dei batteri Gram-negativi ed è stata considerata un potenziale bersaglio per la terapia antibiotica. Zhao et al. hanno ora caratterizzato un inibitore (LPC-233) dell’UDP-3- O -( R -3-idrossiacil)- N -acetilglucosamina deacetilasi LpxC, che può inibire specificamente la sintesi del lipide A. I precedenti tentativi di produrre antibiotici mirati a LpxC erano limitati da una tossicità cardiovascolare sfavorevole. Al contrario, la valutazione preclinica di LPC-233 ha rivelato profili di sicurezza promettenti in vitro e in vivo , stretto legame con LpxC con affinità picomolare, biodisponibilità orale e attività battericida contro un’ampia varietà di agenti patogeni Gram-negativi. Questi risultati supportano l’ulteriore sviluppo di terapie antibiotiche mirate a LpxC. —Christiana Fogg |
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Un viaggio scientifico decennale presso la Duke University ha scoperto una nuova strategia antibiotica per sconfiggere i batteri gram-negativi come Salmonella, Pseudomonas ed E. coli, i colpevoli di molte infezioni del tratto urinario (UTI). La molecola sintetica funziona velocemente ed è durevole nei test sugli animali.
Funziona interferendo con la capacità dei batteri di produrre il suo strato lipidico esterno.
"Se si interrompe la sintesi della membrana esterna batterica, i batteri non possono sopravvivere senza di essa", ha affermato il ricercatore capo Pei Zhou, professore di biochimica alla Duke Medical School. "Il nostro composto è molto buono e molto potente."
Il composto, chiamato LPC-233, è una piccola molecola che ha dimostrato di essere efficace nel distruggere la biosintesi dei lipidi della membrana esterna in tutti i batteri gram-negativi contro cui è stata testata. I coautori dell’Università di Lille in Francia lo hanno testato contro una raccolta di 285 ceppi batterici, inclusi alcuni altamente resistenti agli antibiotici commerciali, e si sono rivelati efficaci. E funziona velocemente. "LPC-233 può ridurre la vitalità batterica di 100.000 volte in quattro ore", ha detto Zhou.
Il composto è anche sufficientemente tenace da sopravvivere nel tratto urinario dopo la somministrazione orale, il che potrebbe renderlo uno strumento vitale contro le infezioni persistenti del tratto urinario (UTI).
Test condotti ad alte concentrazioni del composto hanno mostrato "tassi estremamente bassi di mutazioni di resistenza spontanea in questi batteri", secondo un articolo che descrive i risultati, apparso il 9 agosto su Science Translational Medicine .
Negli studi sugli animali , il composto ha avuto successo quando somministrato per via orale e endovenosa o iniettato nell’addome. In un esperimento, i topi a cui era stata somministrata quella che avrebbe dovuto essere una dose fatale di batteri multiresistenti sono stati salvati dal nuovo composto.
La ricerca di questo composto ha richiesto decenni a causa della specificità e della sicurezza richiesta alla molecola sintetica.
Zhou attribuisce il merito al suo defunto collega, l’ex presidente di biochimica della Duke Christian Raetz, di aver iniziato la ricerca decenni fa. "Ha trascorso tutta la sua carriera lavorando su questa strada", ha detto Zhou. "Il dottor Raetz ha proposto un modello concettuale per questo percorso negli anni ’80, e gli ci sono voluti più di due decenni per identificare tutti gli attori", ha detto Zhou.
L’obiettivo del nuovo farmaco è un enzima chiamato LpxC, che è il secondo enzima nella "via Raetz" ed è essenziale per la produzione di lipidi nella membrana esterna dei batteri gram-negativi.
Raetz è entrato alla Duke come presidente di biochimica nel 1993 dopo che il suo lavoro in questo percorso presso Merck & Co. non è riuscito a produrre un candidato clinico di successo. L’antibiotico della Merck funzionava, ma solo contro l’E. coli, quindi non era commercialmente fattibile e l’azienda farmaceutica lo abbandonò. "In realtà mi ha reclutato alla Duke per lavorare su questo enzima, inizialmente solo dal punto di vista della biologia strutturale", ha detto Zhou, arrivato alla Duke nel 2001.
Zhou e Raetz avevano risolto la struttura dell’enzima LpxC e rivelato dettagli molecolari di alcuni potenziali inibitori. "Ci siamo resi conto che potevamo modificare il composto per renderlo migliore", ha detto Zhou. Da allora, Zhou ha lavorato con il suo collega, il professore di chimica della Duke Eric Toone, per produrre inibitori LpxC più potenti.
Il primo studio umano sugli inibitori di LpxC è fallito a causa della tossicità cardiovascolare. L’obiettivo del lavoro successivo del gruppo Duke era quello di evitare effetti cardiovascolari mantenendo la potenza del composto.
Hanno lavorato su più di 200 versioni diverse dell’inibitore enzimatico, sempre alla ricerca di maggiore sicurezza e maggiore potenza. Altri composti hanno funzionato a vari livelli, ma il composto numero 233 è stato il vincitore.
LPC-233 si inserisce in un sito di legame sull’enzima LpxC e gli impedisce di svolgere il suo lavoro. "È sintonizzato nel modo giusto per inibire la formazione di lipidi", ha detto Zhou. "Stiamo bloccando il sistema." Oltre alla sua durabilità, il composito funziona attraverso un notevole processo in due fasi, ha affermato Zhou. Dopo il legame iniziale con LpxC, il complesso enzima-inibitore cambia leggermente forma per diventare un complesso ancora più stabile.
La durata del legame dell’inibitore in questo complesso più stabile è più lunga della durata dei batteri. "Pensiamo che ciò contribuisca alla potenza perché ha un effetto semipermanente sull’enzima", ha detto. "Anche dopo che il corpo ha metabolizzato il farmaco non legato, l’enzima è ancora inibito a causa del processo di dissociazione dell’inibitore estremamente lento", ha detto Zhou.
Sono stati depositati numerosi brevetti sulla serie di composti e Toone e Zhou hanno co-fondato una società chiamata Valanbio Therapeutics, Inc. che cercherà partner per portare LPC-233 attraverso studi clinici di Fase 1 per valutare la sicurezza e l’efficacia negli esseri umani . . "Tutti questi studi sono stati condotti sugli animali ", ha detto Zhou. "In definitiva, la sicurezza cardiovascolare deve essere testata negli esseri umani."
La sintesi su larga scala di LPC-233 è stata eseguita per la prima volta da David Gooden presso la Duke Small Molecule Synthesis Facility. Vance Fowler e Joshua Thaden (Duke Medical School), Ziqiang Guan (Biochimica) e Ivan Spasojevic (Duke PK/PD Core) hanno collaborato con studi in vivo, spettrometria di massa e analisi farmacocinetiche.
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni del National Institutes of Health (R01 GM115355, AI094475, AI152896, AI148366), dal North Carolina Biotechnology Center (2016-TEG-1501) e da una sovvenzione principale del Comprehensive Cancer Center del National Institute. del cancro (P30CA014236).
