Перепрофилирование хоста - Чжэцзянская группа нативного циклодекстрина

Nature Communications, том 14, номер статьи: 2141 (2023) Цитировать эту статью

4021 Доступов

83 Альтметрика

Подробности о метриках

Ограниченное разнообразие целей доступной терапии антибиотиками оказывает огромное давление на лечение бактериальных патогенов, где все более распространенными становятся многочисленные механизмы резистентности, противодействующие их функции. Здесь мы используем нетрадиционный антивирулентный экран макроциклов, взаимодействующих между хозяином и гостем, и идентифицируем водорастворимый синтетический макроцикл Pillar[5]arene, который не является бактерицидным/бактериостатическим и имеет механизм действия, который включает связывание с обоими гомосериновые лактоны и липополисахариды — ключевые факторы вирулентности грамотрицательных патогенов. Pillar[5]arene активен в отношении Pseudomonas aeruginosa и Acinetobacter baumannii, устойчивых к карбапенемам высшего приоритета и цефалоспоринам третьего/четвертого поколения, подавляя токсины и биопленки и повышая проникновение и эффективность стандартных антибиотиков при комбинированном применении. Связывание гомосериновых лактонов и липополисахаридов также изолирует их прямое воздействие в качестве токсинов на мембраны эукариот, нейтрализуя ключевые механизмы, способствующие бактериальной колонизации и препятствующие иммунной защите, как in vitro, так и in vivo. Pillar[5]арен уклоняется как от существующих механизмов устойчивости к антибиотикам, так и от быстрого формирования толерантности/резистентности. Универсальность макроциклической химии хозяин-гость обеспечивает широкие возможности для индивидуального воздействия на вирулентность при широком спектре грамотрицательных инфекционных заболеваний.

Объем нынешних целей антибиотиков очень ограничен: подавляющее большинство одобренных методов лечения нацелены либо на синтез ДНК, синтез белка, целостность мембран, либо на биосинтез клеточной стенки, причем всем этим действиям противодействуют многочисленные и все более распространенные механизмы резистентности. Последовавший за этим неизбежный глобальный кризис в области здравоохранения был задокументирован с нескольких точек зрения в недавних отчетах1,2,3 и побудил Всемирную организацию здравоохранения создать список приоритетных патогенов. Грамотрицательные бактерии, имеющие внешнюю мембрану (ОМ), которая действует как мощный барьер против большого количества стандартных антибиотиков, представляют собой большинство патогенов в списке приоритетов4, включая устойчивые к карбапенемам Acinetobacter baumannii и Pseudomonas aeruginosa. фигурирует в топ5. Эта насущная глобальная проблема подчеркивает необходимость открытия методов лечения с уникальными молекулярными каркасами и/или механизмами действия, которые обходят существующие механизмы резистентности и с меньшей вероятностью приведут к лекарственной устойчивости6.

Многообещающей альтернативой ограниченному использованию антибиотиков является воздействие на бактериальные факторы вирулентности, которые играют решающую роль в возникновении и прогрессировании инфекций6. Потенциальные мишени включают порообразующие токсины7, сигнальные молекулы гомосерин-лактона8,9,10, бактериальные биопленки11,12, хелатирование металлов13 и бактериальный OM14. Макроциклические молекулы, содержащие полости, интенсивно исследуются в химии хозяин-гость супрамолекулярными химиками из-за их настраиваемых молекулярных предпочтений. В частности, различные стерические и конформационные предпочтения позволяют дифференциально инкапсулировать конкретных гостей в их внутренние полости15. Основная структура также может быть легко модифицирована или дополнена функциональными группами для добавления вторичных функций16, при этом появляется несколько примеров одновременного взаимодействия17,18. Недавние усилия также исследовали применение функционализированных макроциклов для антибактериальной терапии как грамположительных19, так и грамотрицательных20 патогенов, включая соединения, нацеленные на биопленки21. Однако взаимосвязь между структурой, функцией и механизмом действия остается плохо изученной.

Гомосериновые лактоны (HSL) представляют собой небольшие диффундирующие сигнальные молекулы, вырабатываемые, высвобождаемые и воспринимаемые грамотрицательными бактериями в процессе, называемом «чувством кворума» (QS), и используются для координации реакций всей колонии, включая образование биопленок, выработку экзотоксинов и поверхностно-активных веществ, подвижность. и молекулы, поглощающие питательные вещества22,23. По существу, они представляют собой привлекательную мишень для стратегий борьбы с вирулентностью и ранее изучались в качестве стратегий24,25. Липополисахариды (ЛПС) образуют основной компонент внешнего листка ОМ грамотрицательных бактерий, создавая мощный барьер против внутриклеточных антибиотиков26.

3-oxo-C8»3-oxo-C6~pC~C4) (Fig. 3c, Table 1, Supplementary Fig. 5). This is in agreement with the hydrophobicity decrease expected from the decrease in acyl chain length, as observed in Fig. 1e. The addition of NaCl affected the association constants between MO and P[5]a, whereas the dissociation constants between P[5]a and the HSLs remained unaffected (Fig. 3c, Table 1, Supplementary Fig. 6c). This suggests that electrostatic interactions do not influence the binding of guests inside the core cavity./p> 98%) (3-oxo-C6), N-(p-Coumaroyl)-L-HSL ( > 94%) (pC), N-(3-Oxoocatnoyl)-L-HSL ( > 97%) (3-Oxo-C8) and N-(3-Oxododecanoyl)-L-HSL ( > 98%) (3-oxo-C12) were used as received from Sigma-Aldrich. N-(3-Hydroxy-7-cis-tetradecanoyl)- L-HSL ( > 95%) (3-OH-C14:1) was used as received from Cayman Chemical. Organic solvents were purchased from Sigma-Aldrich and VWR. Methyl orange was purchased from Sigma-Aldrich. Lipopolysaccharides, purified through phenol extraction from Pseudomonas aeruginosa 10, was purchased from Sigma-Aldrich. 12-crown-4, 2-hydroxymethyl-12-crown-4, 1-Aza-15-Crown-5, 15-Crown-5, 4-sulfocalix[4]arene, 18-Crown-6, Cucurbit[6]uril hydrate, (2-hydroxypropyl)-ɑ-cyclodextrin, ɑ-cyclodextrin, Calix[6]arene, 4-tert-butylcalix[6]arene, Methyl-β-cyclodextrin, (2-hydroxypropyl)-β-cyclodextrin, β-cyclodextrin, 2-hydroxypropyl-ƴ-cyclodextrin, ƴ-cyclodextrin and Calix[8]arene were purchased from Sigma Aldrich & Merck. The P[5]s was synthesized according to reported procedures with full characterization56,57. Briefly, 1,4-bis(2-hydroxyethoxy)benzene was converted to 1,4-bis(2-bromoethoxy)benzene in the presence of carbon tetrabromide and triphenylphosphine in acetonitrile. In the next step, the decabromopillar[5]arene was obtained from the reaction of reacting 1,4-bis(2-bromoethoxy)benzene and paraformaldehyde in the presence of boron trifluoride diethyl etherate in dichloromethane under argon atmosphere. In the final step, the decabromopillar[5]arene is refluxed with trimethylamine in ethanol, with the final P[5]a collected as a precipitate after washing with more ethanol. The Calix[4]resorcinarene was previously synthesized by us with full characterization therein58./p> 90%) was added to stain the biofilm for 15 min, followed by three washing steps with distilled H2O to remove unbound dye. 96% EtOH was added to solubilize the biofilm, left for 30 min under mild shaking. The solution was then transferred to a new sterile 96-well plate, and OD570 was measured./p>