Mantar dünyasından yükselen bir tehdit
İnsanlar bulaşıcı hastalıkları düşündüklerinde, genellikle bakteriler veya virüsler hayal ederler. Ancak son yıllarda, bir zamanlar bulaşıcı hastalık manzarasında nispeten sessiz bir oyuncu olan mantarlar, büyük bir küresel halk sağlığı tehdidi olarak ortaya çıktı. Bu mantar artışının ön saflarında Candida Auris.
İlk olarak 2009'da tanımlandı, C. auris özellikle hastane ve uzun süreli bakım ortamlarında ciddi kan dolaşımı enfeksiyonlarına neden olabilecek çok ilaca dirençli bir mayadır. Özellikle ilgili yapan şey, neredeyse tüm mevcut antifungal ilaçlara karşı direnci, haftalar boyunca yüzeylerde kalıcılığı ve bağışıklığı bastırılmış hastalarda yüksek mortalite oranıdır. Dünya Sağlık Örgütü şimdi listeliyor C. auris kritik bir öncelik patojeni olarak.
Peki mevcut antifungal ilaçlar artık etkili olmadığında ne olur? Yeni çözümler için doğa ve kimyaya dönüyoruz.
Doğanın Gizli Arsenal: Mikrobiyal Kimyanın Yeniden Keşfedilmesi
Araştırma ekibimiz, yeni antifungal bileşikler arayışında mikropların doğal kimyasal çeşitliliğini araştırıyor. Mikroorganizmalar, birçoğu penisilin, eritromisin ve siklosporin gibi başarılı ilaçlara ilham veren çok çeşitli biyoaktif doğal ürünler üretmek için gelişmiştir. Bununla birlikte, antibiyotik keşfinin “altın çağından” sonra ilerleme yavaşladı. Bunun bir nedeni, geleneksel tarama yöntemlerinin genellikle karmaşık mikrobiyal karışımlara gömülü bilinen bileşiklerin yeniden keşfedilmesine yol açmasıdır.
Bu darboğazın üstesinden gelmek için, yüksek verimli tarama, kütle spektrometrisi, metabolomik ve hesaplamalı dereplasyon ile birlikte bir ön fraksiyonlama stratejisi geliştirdik (Şekil 1). Bu, göz ardı edilen veya maskeli biyoaktif molekülleri hedeflememizi sağladı. Bu strateji sayesinde, daha önce bilinmeyen bir antifungal doğal ürünler – koniontins ailesini keşfettik.
Şekil 1: Keşfedilmemiş ve alay edilmemiş antifungal doğal ürünlerin keşfi için bir şema
Keşif: Coniontins'i ortaya çıkarmak
Önceden önceden belirlenmiş bir mikrobiyal ekstrakt kütüphanesini tararken, ayrışma mantarından bir kesir belirledik Coniochaeta hoffmannii karşı güçlü, seçici etkinlik gösteren C. auris.
Yüksek çözünürlüklü kütle spektrometrisi, NMR spektroskopisi ve biyoinformatik dahil olmak üzere bir dizi analitik araç kullanarak, kozalak olarak adlandırdığımız yeni bir molekül grubunu izole ettik ve karakterize ettik (Şekil 2). Bunlar lipopetaibiotik sınıfına aittir: a-aminoisobutirik asit (AIB) gibi olağandışı, proteinojenik olmayan amino asitler açısından zengin 21-amino-asit peptit omurgasına bağlı bir lipit kuyruğuna sahip peptit bazlı doğal ürünler. Bu ayırt edici yapı, koniyonenlere kararlı bir sarmal konformasyon ve enzimatik degradasyona karşı direnç verir.
Coniontens, çok ilaca dirençli geniş bir yelpazeye karşı güçlü antifungal aktivite gösterdi C. auris Her üç ana antifungal ilaç sınıfına karşı dirençli suşlar dahil klinik izolatlar: azollar, ekinokandinler ve amfoterisin B. Daha da önemlisi, memeli hücrelerine düşük toksisite sergilediler. in vitro ve kombinasyon terapisinde kullanım potansiyellerini vurgulayan bir cephe klinik antifungal olan kaspofungin ile sinerjik olarak hareket etti.
Molekülleri Dinleme: Coniontins nasıl çalışır?
Yeni bir antifungal ajan keşfetmek heyecan vericidir, ancak nasıl çalıştığını anlamak çok önemlidir.
Coniontinlerin etki mekanizmasını araştırmak için mantar hücrelerini tedavi ettik (C. auris– C. AlbicansVe Cryptococcus Neoormans) sublethal dozlarla ve hücre duvarı bileşimi, hücre morfolojisi ve hücre duvarı bütünlüğündeki değişiklikler. Niceleme ve analizimiz, bu mantarların hücre duvarını hedefleyen ajanların stres tepkisi özelliğini aktive ettiğini ortaya koydu. Spesifik olarak, mantar hücre duvarının sıkı bir şekilde düzenlenen önemli bir bileşeni olan kitin biyosentezinin önemli bir yukarı regülasyonunu gözlemledik.
Fungal hücre duvarının mannoprotein tabakasını etiketleyen Alexa647-cona boyamasını kullanarak, tedaviden sonra dramatik morfolojik değişiklikleri görselleştirdik. Mantar hücreleri çökmüş yüzeyler, eksik bölünme ile anormal tomurcuklanma ve kız hücrelerini birbirine bağlayan geniş boyun gösterdi. Bu fenotipler, hücre duvarı β-glukan sentezini inhibe eden ekinokandinlerin neden olduğu fenotiplere benzemiştir (Şekil 3).
Diğer biyokimyasal testler, kozalak hücre duvarındaki β-glukanlara bağlandığını, bütünlüğünü tehlikeye attığını, kalınlaşmaya, şişmeye, rüptüre ve nihayetinde hücre ölümüne neden olduğunu doğruladı. Hücre içi hedefleri bozan ve akışa veya mutasyon bazlı dirence karşı hassas olan birçok antifungalin aksine, kozalaklar dışarıdan hücre duvarı yüzeyinde hareket ederek direnci daha az olası hale getirir.
Dahası, 20 nesilden fazla laboratuvar tabanlı maruziyet ve binlerce heterozigot maya gen delesyon mutantlarında yüksek verimli bir taramada, kozalaklara karşı direnç kanıtı bulamadık. Bu, klinik ortamlarda potansiyel sağlamlıklarını vurgular.
Neden Önemlidir
Coniontens sadece yeni bir antifungal sınıfından daha fazlasıdır, mantar ilaç keşfinde kavramsal bir değişimi temsil ederler.
Onlarca yıldır, çoğu antifungal ajan metabolik enzimleri veya hücre içi yolları hedeflemiştir. Ancak mantarlar, mutasyon yapan enzimlerin uyarlanmasında, akış pompalarının aşırı eksprese edilmesinde ve metabolik yolları değiştirmede oldukça beceriklidir. Coniontens bu silah yarışını daha az değişebilir bir şeyi hedefleyerek atladı: mantar hücre duvarı.
Bu bizi doğaya geri getiriyor, ancak modern bir yaklaşımla. Mikrobiyoloji, sentetik biyoloji, metabolomik ve makine öğrenimini birleştirerek, doğanın kimyasal alanını yeniden keşfediyoruz ve kozalak gibi gizli mücevherleri ortaya çıkarıyoruz.
Sırada ne var?
Coniontinler umut verici olsa da, yolculuğumuz daha yeni başladı. Bir sonraki adımlar şunları içerir:
- Hayvan ve insan modellerinde kullanım için bileşiğin farmakokinetiğini ve biyoyararlanımını optimize etmek
- Biyosentetik mühendislik veya kimyasal sentez kullanarak üretimi ölçeklendirme
- Mevcut antifungallerle sinerjistik aktiviteyi daha fazla araştırmak
- Daha geniş spektrum aktivitesi için coniontin analoglarının yapısal çeşitliliğinin genişletilmesi
Coniotinleri gelişim yolu boyunca hareket ettirmeye hevesliyiz. Sonraki adımlar, fermantasyon yoluyla ölçekte üretilmeyi ve yeni ilaç sınıfını formüle etmeyi içerir, böylece sonunda intravenöz (IV) iletimi için uygun olabilir. Heyecan verici bir şekilde, biyosentetik yolu zaten çözdük C. Hoffmanniiölçeklenebilir, tasarlanmış üretime kapıyı açar (Şekil 4). Bu sadece pratik ilaç gelişimini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda mantarların doğal olarak karmaşık lipopetaibiotikler ürettiği konusundaki anlayışımıza da katkıda bulunur.
Şekil 4. Mantarlarda conionenin üretimi için biyosentetik gen küme şeması
Daha geniş bir vizyon
Coniontinlerin keşfi daha büyük bir gerçeğin altını çiziyor: Mikrobiyal doğal ürünler, yeni terapötiklerin büyük ölçüde kullanılmamış bir rezervuarı olmaya devam ediyor. Yükselen ilaç direnci, ortaya çıkan patojenler ve küresel sağlık krizleri çağında, çözümler hala toprakta, ahşapta ve hatta mantar miselinde ortaya çıkmayı bekleyen, yatay olabilir.
Klasik doğal ürün keşfini genomik, metabolomik ve hesaplama araçlarıyla evlendirerek, doğanın tam ilaç potansiyelinin kilidini açabilir ve gelişen patojenik tehditlerden bir adım önde kalabiliriz.
Bir yanıt yazın