Nature | 抗革兰氏阴性菌的新机制的新型抗生素
一、成果短讯：
2018年9月12日，美国加利福尼亚州旧金山Genentech公司Peter A. Smith在国际期刊NATURE 发表了题为“ Optimized arylomycins are a new class of Gram-negative antibiotics ”的研究成果，报道了新型的革兰氏阴性抗生素的研究成果。
二、内容简介：
几类安全有效的抗生素的发现和开发显着降低了细菌感染的死亡率。然而，在医学上还是在农业中过度使用和滥用这些相同的抗生素，都促使抗生素耐药性迅速演变和传播。多重耐药细菌以惊人的速度传播，尽管作出了大量努力，但在50多年的时间里，没有一种具有抗革兰氏阴性细菌活性的新抗生素获得批准。天然产物及其衍生物在对抗革兰氏阴性病原体方面具有关键作用。此篇文章是研究一类具有弱活性和有限光谱的天然产物arylomycins的化学优化，以获得G0775，一种对革兰氏阴性细菌具有强效，广谱活性的分子。G0775通过前所未有的分子机制抑制必需的细菌I型信号肽酶，一种新的抗生素靶标。它规避了现有的抗生素耐药机制，并在体外和几种体内感染模型中保留了抗当代多重耐药的革兰氏阴性临床分离株的活性。这些研究结果表明，优化的arylomycin类似物如G0775可以转化为新的疗法，以解决多重耐药革兰氏阴性菌感染日益增长的威胁。
细菌感染的增长是全球健康的严重风险，并且大多数抗菌发现作用集中于通过化学修饰来重新激活现有类别的临床批准的抗生素。尽管这种方法是关键且有效的，但最终的分子最终会受到相同类型的抗性机制的影响，这些机制随着先前使用的类别的变化而发展和传播。相比之下，由于其新的作用机制，G0775绕过现有的抗性机制并显示出对抗MDR革兰氏阴性细菌的有效体外和体内活性，包括极其耐药的菌株，例如临床分离株CDC 0106。
G0775的广谱和强效活性，加上其对自发抗性的低易感性和出色的临床前疗效，表明优化的arylomycin类似物可能是急需的新一类革兰氏阴性抗生素。
三、实验结果：
图1：arylomycin AC 16和G0775的化学结构。紫色表示N-末端脂肽尾，红色表示对arylomycin核心大环的酚氧修饰的位置，绿色表示共价结合LepB催化赖氨酸的腈亲电子的附属位点
表1 | arylomycin A-C16和G0775对致病性革兰氏阴性细菌的MIC值
表2 | 来自不同类别的G0775和抗生素对MDR K. pneumoniae CDC 0106的MIC值
图2 | 抗G0775. a，大肠杆菌ATCC 25922，肺炎克雷伯菌43816，铜绿假单胞菌PAO1和鲍氏不动杆菌ATCC 17978至G0775的抗性频率为各菌株各自MIC的4,8和16倍。 检测限（10-10）用红色虚线标出，星号表示低于限值的数据点。 显示的大肠杆菌和肺炎克雷伯菌的数据是五次独立实验的平均值，而铜绿假单胞菌和鲍氏不动杆菌的数据是三次独立实验的平均值。 误差线代表s.d. b，LepB靶突变定位于G0775-LepB晶体结构上。 通过在G0775上以4×MIC过夜接种在大肠杆菌ATCC 25922中自发产生突变体，并以红色表示。 G0775以棒状表示
图3 | G0775结合LepB蛋白酶结构域与催化赖氨酸146形成不可逆的共价键.a，LepB蛋白酶结构域的晶体结构，分辨率为2.4Å，G0775表示为与赖氨酸146共价结合的棒.b，LC-MS检测在LepB与G0775孵育后，胰蛋白酶消化后的LDYIKR LepB肽片段。未修饰的肽（红色）仅在不与G0775孵育的情况下检测，而LDYIKR-G0775肽加合物（蓝色）仅在LepB与G0775孵育后检测。该研究进行两次，结果相似。 c，在指定浓度的G0775存在下的LepB动力学测定。非线性失活曲线表明与共价键形成一致的时间依赖性抑制。三次独立实验测量Kinact（0.0007±0.0002s-1）和KI（0.44±0.15M-1s-1），所示数据点是来自单次实验的四次重复的平均值。
图4 | G0775的体内功效。 a，用G0775（大肠杆菌和鲍曼不动杆菌n = 5只小鼠;肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌n = 4只小鼠）或载体（ n = 2只小鼠用于铜绿假单胞菌，n = 4只小鼠用于肺炎克雷伯菌，n = 5只小鼠用于大肠杆菌和鲍氏不动杆菌）治疗具有指示的革兰氏阴性细菌物种的中性粒细胞减少小鼠大腿感染，并且在感染后20小时定量细菌负荷。在感染后2小时和11小时，在指定剂量下，G0775皮下递送两次。 b，G0775对由中性粒细胞减少小鼠肺中MDR K.pneumoniae临床分离株CDC 0106建立的细菌感染的剂量依赖性抗菌活性（n = 5）。在感染开始后2小时和11小时，在20小时感染期间皮下递送G0775两次。 a和b的中心线代表平均值，误差线代表s.e.m.红色虚线表示细菌菌落形成单位（CFU）的测定极限。 c，肺炎克雷伯菌ATCC 43816腹膜感染后小鼠的Kaplan-Meier生存分析。感染开始后2和11小时第0天皮下给予G0775两次，并监测小鼠的生存力（n = 8）直到84小时
四、原文学习：