Antimikrobna rezistencija globalni je problem te predstavlja jedan od glavnih prioriteta javnog zdravstva. Razlozi zbog koji dolazi do rezistencije su mnogi, a uključuju neracionalno propisivanje antibiotika te nepravilan režim primjene istih. Znanost je u neprekidnoj potrazi za novim spojevima i lijekovima koji bi djelovali na bakterije koje su već razvile rezistenciju na širok raspon dostupne terapije.

Prikaz drastičnog rasta rezistencije bakterije Acinetobacter baumannii na imipenem, meropenem te kombinaciju ampicilin + sulbaktam u RH

Ugroženost učinkovitosti kolistina

Kao posljednja linija liječenja ozbiljnih infekcija izazvanih Gram-negativnim bakterijama koristi se kolistin. Kolistin je baktericidni polipeptidni antibiotik iz skupine polimiksina. Strukturno je kationski lipo-ciklodekapeptid te djeluje tako da se veže na lipidni dio lipopolisaharida i istiskuje dvovalentne katione. Posljedično se narušava integritet bakterijske membrane i dolazi do smrti stanice. Problem u učinkovitosti kolistina nastupio je otkrićem plazmidnog gena rezistencije na kolistin mcr-1. Taj gen kodira fosfoetanolamin transferazu koja pridružuje fosfoetanolamin fosfatu na lipidu A. Interakcija između kolistina i lipopolisaharida je time smanjena što čini bakterije rezistentnima na kolistin.

Kako je otkriven makolacin?

Kolistin je dio strukturno povezanih metabolita koji su kodirani biosintetskim genskim klasterima (BGC). S obzirom na povezanost prirodne i kliničke rezistencije, istraživači su rješenje za rezistenciju posredovanu mcr-1 genom tražili među prirodnim kongenerima kolistina. Od skoro 11 tisuća pretraženih bakterijskih genoma, identificirano je 35 BGC-a koji bi trebali kodirati antibiotike iz obitelji polimiksina. Većina sekvenciranih spojeva obitelji polimiksina sadrži dekapeptide koji su identični koncenzusnoj sekvenci ili se razlikuju u jednoj ili dvije aminokiseline. Kao iznimka, otkriven je dekapeptid koji se od koncenzusa razlikovao za čak četiri aminokiseline – nazvan je makolacin. Budući da je prirodno stvaranje rezistencije na prethodno korištene antibiotike često praćeno stvaranjem novih kongenerskih struktura, makolacin je uočen kao potencijalno učinkovit antibiotik na visokorezistentne bakterijske vrste.

Struktura kolistina (lijevo) i makolacina (desno)

Je li makolacin zadovoljio test antibakterijske aktivnosti?

Antibakterijska aktivnost makolacina početno se ispitala protiv ESKAPE patogena (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, and Enterobacter spp.) koji su vodeći uzroci bolničkih infekcija rezistentnih na antibiotike. S obzirom da je fosfoetanolamin transferaza ključni problem rezistencije na kolistin, istraživači su koristili sojeve K. pneumoniae i A. baumannii rezistentne na kolistin (nastali su transformacijom plazmida koji sadrži mcr-1) kako bi ispitali antibakterijsku aktivnost makolacina. Kako bi pratili antibakterijsku aktivnost, mjerena je minimalna inhibitorna koncentracija (MIK) – najniža koncentracija antibiotika koja će inhibirati vidljivi rast bakterije. U slučaju makolacina, MIK se povećala 2-4 puta prilikom ekspresije mcr-1 gena, dok se kod kolistina povećala i do 32 puta. Možemo zaključiti da je aktivnost protiv sojeva rezistentnih na kolistin znatno poboljšana. Ipak, koncentracija korištenog makolacina premašuje prag za kliničku upotrebu zbog čega se optimizacijom lipidnog supstituenta makolacina proizveo njegov aktivniji analog – bifenil-makolacin.

U slučaju makolacina, MIK se povećala 2-4 puta prilikom ekspresije mcr-1 gena, dok se kod kolistina povećala i do 32 puta.

Je li in vivo ispitivanje ispunilo očekivanja?

Kako bi se procijenila učinkovitost bifenil-makolacina in vivo korišten je model neutropenične infekcije bedra. Odabrana su dva na kolistin rezistentna soja A. baumannii – na karbapenem rezistentan A. baumannii (CRAB) transformiran s mcr-1 te ekstremno rezistentan (XDR) klinički soj A. baumannii. U studiji su korišteni miševi koji su bili izloženi patogenu, a 2 sata nakon supkutano primili dozu kolistina ili bifenil-makolacina. Nakon 24 sata, određeno je bakterijsko opterećenje koje kolistin nije uspio smanjiti dok je bifenil-makolacin pokazao snažno antibakterijsko djelovanje.

 

Literatura

1. Wang Z et al. A naturally inspired antibiotic to target multidrug-resistant pathogens. Nature, 2022.

2. Bilandžić N et al. Kolistin, polipeptidni antibiotik zadnje obrane protiv invazivnih Gram-negativnih bakterija. Veterinarska stanica, 2018, 4, 273-286.

3. Antimikrobna rezistencija, 2019, https://www.hzjz.hr, pristupljeno 10.1.2022.

Izvor fotografija

1. Wang Z et al. A naturally inspired antibiotic to target multidrug-resistant pathogens. Nature, 2022.

2. Photo by Christina Victoria Craft on Unsplash