Koniugaty aminoglikozydów z peptydami amfipatycznymi jako środki przeciwbakteryjne

Z uwagi na ograniczoną liczbę leków przeciwbakteryjnych oraz problem wielolekooporności bakteryjnej, nieustannie poszukuje się nowych skutecznych związków antybakteryjnych.
W ostatnich latach wzrosło zainteresowanie peptydami przeciwdrobnoustrojowymi (AMP). Uważamy, że stosowanie peptydów jako nośników antybiotyków jest obiecującą strategią
projektowania nowych, potencjalnych środków przeciwbakteryjnych. W projekcie tym zaproponowaliśmy wykorzystanie strategii konia trojańskiego w projektowaniu nowych związków antybakteryjnych. AMP i ich „zszywane” pochodne zostaną wykorzystane, jako transportery antybiotyków do wnętrza bakterii. Zaplanowaliśmy zbadanie aktywności przeciwdrobnoustrojowej nowych, racjonalnie zaprojektowanych związków bifunkcyjnych, których elementami składowymi są: aminoglikozydy (AG) i pochodne krótkich
sekwencji peptydowych. Zaprojektowaliśmy sposoby dzięki którym AG, te od dekad stosowane leki, będą mogły narodzić się na nowo, w szczególności w zastosowaniu do szczepów na nie opornych.

Celem badań przedstawionych w niniejszej projekcie jest chemiczna synteza koniugatów AG-AMP (patrz rysunek) oraz określenie ich aktywności przeciwbakteryjnej. Syntetyzowane koniugaty będą zawierały jeden z czterech antybiotyków aminogliozydowych: neomycynę B, amikacynę, tobramycynę lub kanamycynę B. Peptydami przeciwdrobnoustrojowymi wykorzystywanymi w badaniach będą peptydy oddziałujące z błoną bakteryjną. Związki te dzięki swojej strukturze i właściwościom fizykochemicznym skutecznie penetrują bakterie. Chemiczna synteza segmentów peptydowych i aminoglikozydowych prowadzona będzie oddzielnie. W przypadku peptydów będą to syntezy na nośniku stałym, metodą Merrifield. Oczyszczone i scharakteryzowane odpowiednie pochodne aminoglikozydów i peptydów zostaną poddane reakcją koniugacji.

Zaprojektowaliśmy bardzo wydajne sposoby syntezy koniugatów AG–AMP za pomocą chemii „click” (specyficznej cykloaddycji między azydkiem i alkinem w koniungowanych segmentach) oraz poprzez utworzenie wiązania disulfidowego pomiędzy segmentami koniugatów. Strategie te umożliwią otrzymanie kombinacji koniugatów z wykorzystaniem różnych pochodnych substratów: AMP i AG. Dzięki zastosowaniu dwóch różnych metod koniugacji (poprzez linker degradowalny i niedegradowalny), będziemy w stanie ocenić znaczenie uwalniania transportowanego AG z koniugatu. Sprawdzimy wpływ zastosowanych łączników i „zszywanych” peptydów na stabilność koniugatów. Zbadamy również strukturę i interakcje AMP i koniugatów z mimetyką błony bakteryjnej, oceniając znaczenie helityczności i amphipatyczności peptydów w koniugatach. Projekt obejmuje zbadanie aktywności otrzymanych AG-AMP wobec wybranych szczepach bakterii Escherichia coli (E. Coli) opornych na AG, a także określenie toksyczności wybranych koniugatów względem komórek eukariotycznych. Zbadamy również przepuszczalność membran zewnętrznych i wewnętrznych E. coli oraz określimy potencjał uzyskania oporności bakteryjnej na potencjalne antybiotyki. Nasze wstępne, niepublikowane badania pokazują, że połączenie aminoglikozydów z odpowiednio zaprojektowanymi sekwencjami peptydowymi może polepszyć działanie przeciwbakteryjne antybiotyków, na które szczepy E. coli stały się oporne.

Opracowanie skutecznej metody dostarczania aminoglikozydów do opornych bakterii pozwoli na ponowne wykorzystanie tych obiecujących związków, jako substancji przeciwbakteryjnych. Opracowana strategia będzie mogła być wykorzystana w wielu dziedzinach badawczych: chemii, biotechnologii, biologii molekularnej, diagnostyce. Projekt ten może otworzyć nowe możliwości zastosowania peptydów jako nośników biologicznie aktywnych cząsteczek w komórkach bakteryjnych. Może to również doprowadzić do odkrycia nowych środków antybakteryjnych i nowego spojrzenia na walkę z opornymi bakteriami.