Novi dvojni zaviralci DNA-giraze in topoizomeraze IV z delovanjem na odporne bakterijske seve in z nizkim tveganjem za razvoj odpornosti
New dual DNA gyrase and topoisomerase IV inhibitors active against resistant bacterial strains and with low potential for resistance development : doktorska disertacija

angleški
slovenski

doktorska dela

2023

bakterijska odpornost   Bakterijska rezistenca   benzotiazol   DNA-giraza   dvojni zaviralci   protibakterijsko delovanje   topoizomeraza IV

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo

Bakterijska encima DNA-giraza in topoizomeraza IV sta validirani tarči za odkrivanje novih protibakterijskih učinkovin. Zaradi svoje strukturne podobnosti omogočata načrtovanje spojin, ki lahko sočasno zavirajo oba encima, take spojine pa so lahko uspešnejše v boju proti bakterijski odpornosti, ki se hitro širi po celem svetu in predstavlja veliko grožnjo javnemu zdravju. Med drugimi poznamo katalitične zaviralce teh encimov, med katere uvrščamo klinično uspešne spojine fluorokinolone, t.i. nove zaviralce bakterijskih topoizomeraz ter ATP-kompetitivne zaviralce, ki trenutno še nimajo svojega predstavnika na trgu. V okviru doktorske disertacije smo se posvetili ATP-kompetitivnim zaviralcem in razvili več serij novih dvojnih zaviralcev DNA-giraze (GyrB) in topoizomeraze IV (ParE) benzotiazolnega tipa. Razvili smo tudi dve manjši seriji konjugatov naših zaviralcev s katalitičnim zaviralcem ciprofloksacinom ali s siderofornimi fragmenti, saj lahko tudi hibridne spojine pripomorejo k počasnejšemu pojavu odpornih sevov. Spojine smo načrtovali s strukturno podprtim načrtovanjem in jih kemijsko optimizirali, s čimer smo dosegli boljšo jakost zaviranja obeh encimov kot predhodno objavljene spojine, izboljšano protibakterijsko delovanje in izboljšane fizikalno-kemijske lastnosti. Vse nove zaviralce smo tudi patentno zaščitili (PCT/EP2019/073412). Pripravili smo spojine z nizko nanomolarno jakostjo zaviranja GyrB in ParE ter zelo dobrim protibakterijskim delovanjem na po Gramu pozitivne (MIK vrednosti najboljših spojin: 0,0078-0,25 µg/mL) in po Gramu negativne bakterije (MIK vrednosti najboljših spojin: 0,5-16 µg/mL). Pri spojinah iz različnih serij, z najmočnejšim protibakterijskim učinkom in vitro, smo raziskovali njihov varnostni profil in vitro in selektivnost napram sorodnim encimom ter pokazali, da izkazujejo dobro selektivnost napram humani topoizomerazi II? ter protein kinazam, prav tako niso problematične z vidika varnosti (citotoksičnost, genotoksičnost, mitotoksičnost, zaviranje hERG in NaV1.5, hemoliza, nastanek reaktivnih metabolitov). Za tri zaviralce smo razrešili kristalne strukture spojin v vezavnem mestu GyrB iz bakterij Staphylococcus aureus ali Pseudomonas aeruginosa, ki prikazujejo in potrjujejo predvideni način vezave naših spojin v ATP-vezavno mesto. Tri najboljše spojine smo testrali in vivo na mišjih modelih dermalnih in sistemskih okužb in dokazali njihovo učinkovitost. Kot najobetavnejšo spojino lahko izpostavimo in vivo učinkoviti zaviralec, ki ima na benzotiazol pripet morfolin, in ki poleg dobre encimske zaviralne aktivnosti in protibakterijskega delovanja izkazuje tudi ustrezne fizikalno-kemijske lastnosti, farmakokinetični profil, varnost in selektivnost. Novo odkriti benzotiazolni zaviralci tako predstavljajo pomemben napredek na področju odkrivanja novih učinkovin za zdravljenje okužb z odpornimi bakterijskimi sevi.

26.09.2023