Nová zbraň v boji proti gramnegativním bakteriím? Inhibice transportu lipopolysacharidu vnější membrány jako slibná metoda

Gramnegativní brnění

Antibiotická rezistence je narůstajícím celosvětovým problémem, a proto jsou poznatky o nových typech antimikrobiálně působících látek a mechanismu jejich účinku z vědeckého i medicínského hlediska velmi důležité. Zvláště komplikovaná je antimikrobiální léčba cílená na patogenní gramnegativní bakterie. Důvodem je struktura obalů, které jejich buňky obklopují a chrání. Buněčné obaly tvoří cytoplazmatická membrána, vrstva peptidoglykanu a vnější membrána. Právě asymetrická dvojvrstva vnější membrány, tvořená na vnitřní straně fosfolipidy a na vnější straně lipopolysacharidem (LPS), zabraňuje vstupu většiny antibiotik do buňky. Narušení integrity této membránové struktury zvyšuje prostupnost antibiotik do buňky a skrývá v sobě potenciál pro boj s gramnegativními bakteriemi.

Výtah pro LPS

K výstavbě vnější membrány je mimo jiné nezbytný transport LPS, jehož syntéza probíhá uvnitř buňky. Během transportu dochází k extrakci LPS z cytoplazmatické membrány, k jeho přechodu přes periplazmatický prostor a následně k průchodu skrz část vnější membrány až na buněčný povrch. Tento složitý proces je zprostředkován účinkem specifického transportéru LptB₂FGC, který je složen z několika proteinů. Část tohoto proteinového komplexu je uložena v cytoplazmatické membráně, kde je zodpovědná za extrakci LPS (za současné hydrolýzy adenosintrofosfátu /ATP/), jehož molekulu dále předává na proteinový můstek tvořený doménami LptF, LptC, rozpustným periplazmatickým proteinem LptA a periplazmatickou součástí integrálního membránového proteinu LptD. LptD spolu s lipoproteinem LptE tvoří průchod, který v závěru celé transportní sekvence umožňuje LPS přejít z můstku do vnější vrstvy vnější membrány.

Nové antibiotikum...

V nedávné době byla identifikována rodina makrocyklických peptidů, u níž se předpokládalo, že by mohla zasahovat do mechanismu transportu LPS u gramnegativních bakterií. Všechny tyto makrocyklické peptidy vykazovaly selektivní aktivitu vůči kmenům rodu Acinetobacter, a to včetně kmene A. baumannii rezistentního ke karbapenemům, který je nebezpečným původcem infekcí v nemocničním prostředí. Jedna ze sloučenin (zosurabalpin) v současné době prochází klinickým testováním.

Pro určení mechanismu účinku těchto nových potenciálních antibiotik se autoři rozhodli prozkoumat a popsat strukturu transportéru LptB₂FG ve vazbě s makrocyklickým peptidem pomocí kryoelektronové mikroskopie. Vzhledem ke komplikacím při produkci proteinu z A. baumannii využili při práci protein pocházející z A. baylyi, vykazující 85% identitu s proteinem z A. baumannii a obdobnou citlivost ke studovaným makrocyklickým peptidům.

... s novým mechanismem účinku

Studie prokázaly interakci studované molekuly jak s LptB₂FG, tak s transportovaným LPS, což ve svém důsledku vede k inhibici celého transportního systému a představuje velmi unikátní mechanismus inhibice, při kterém molekula antimikrobiální látky rozpoznává složené vazebné místo tvořené jak transportérem pro LPS, tak jeho substrátem. Jakmile se molekula LPS dostane do transportního systému, zosurabalpin ji v něm uzavře a zamezí jejímu posunu na vnější membránu i vstupu dalších molekul LPS do transportu.

Samotná deplece LPS ve vnější membráně ovšem pro Acinetobacter není fatální. Patogen je sice méně virulentní a má nižší fitness (schopnost přežití, množení a šíření), nedochází však k jeho přímému usmrcení. To nastává právě až v důsledku nahromadění molekul LPS a meziproduktů jeho biosyntézy v cytoplazmě. Kromě nového mechanismu účinku se tak zároveň rýsuje i potenciální únikový manévr bakterií – rezistence v důsledku útlumu syntézy LPS. Jeho význam musí odhalit až další výzkum in vivo a prostřednictvím klinických hodnocení.

(eub)

Zdroj: Pahil K. S., Gilman M. S. A., Baidin V. et al. A new antibiotic traps lipopolysaccharide in its intermembrane transporter. Nature 2024 Jan; 625 (7995): 572−577, doi: 10.1038/s41586-023-06799-7.