Réutilisation de l'hôte - Groupe de cyclodextrine native du Zhejiang

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 2141 (2023) Citer cet article

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La diversité limitée des cibles des antibiotiques disponibles exerce une pression considérable sur le traitement des agents pathogènes bactériens, où de nombreux mécanismes de résistance qui contrecarrent leur fonction deviennent de plus en plus répandus. Ici, nous utilisons un criblage anti-virulence non conventionnel de macrocycles en interaction hôte-invité et identifions un macrocycle synthétique soluble dans l'eau, Pillar[5]arène, qui est non bactéricide/bactériostatique et possède un mécanisme d'action qui implique la liaison aux deux les lactones homosérine et les lipopolysaccharides, facteurs clés de virulence chez les pathogènes à Gram négatif. Pillar[5]arène est actif contre les Pseudomonas aeruginosa et Acinetobacter baumannii résistants aux carbapénèmes de première priorité et aux céphalosporines de troisième/quatrième génération, supprimant les toxines et les biofilms et augmentant la pénétration et l'efficacité des antibiotiques de soins standard dans les administrations combinées. La liaison des lactones homosérine et des lipopolysaccharides séquestre également leurs effets directs en tant que toxines sur les membranes eucaryotes, neutralisant les outils clés qui favorisent la colonisation bactérienne et entravent les défenses immunitaires, tant in vitro qu'in vivo. Le pilier[5]arène échappe à la fois aux mécanismes de résistance aux antibiotiques existants, ainsi qu’à l’accumulation rapide d’une tolérance/résistance. La polyvalence de la chimie macrocyclique hôte-invité fournit de nombreuses stratégies pour un ciblage personnalisé de la virulence dans un large éventail de maladies infectieuses à Gram négatif.

La portée des cibles antibiotiques actuelles est très limitée, la grande majorité des traitements approuvés ciblant soit la synthèse de l’ADN, la synthèse des protéines, l’intégrité membranaire ou la biosynthèse de la paroi cellulaire, qui sont toutes contrecarrées par de nombreux mécanismes de résistance de plus en plus répandus. La crise sanitaire mondiale imminente qui en résulte a été documentée sous plusieurs angles dans des rapports récents1,2,3 et a incité l'Organisation mondiale de la santé à créer une liste d'agents pathogènes prioritaires. Les bactéries à Gram négatif, qui possèdent une membrane externe (MO) qui agit comme une formidable barrière contre un grand nombre d'antibiotiques standards, représentent la majorité des agents pathogènes sur la liste prioritaire4, avec Acinetobacter baumannii et Pseudomonas aeruginosa résistants aux carbapénèmes. figurant au top5. Ce défi mondial urgent souligne la nécessité de découvrir des thérapies dotées d’échafaudages moléculaires uniques et/ou de mécanismes d’action qui échappent aux mécanismes de résistance existants et sont moins susceptibles de conduire à une résistance aux médicaments6.

Une alternative prometteuse au champ d’application limité des antibiotiques est le ciblage des facteurs de virulence bactérienne, qui jouent un rôle crucial dans l’établissement et la progression des infections6. Les cibles potentielles comprenaient les toxines porogènes7, les molécules de signalisation de l'homosérine lactone8,9,10, les biofilms bactériens11,12, la chélation des métaux13 et l'OM bactérien14. Les molécules macrocycliques contenant des cavités sont intensivement explorées dans la chimie hôte-invité par les chimistes supramoléculaires, en raison de leurs préférences moléculaires accordables. Plus précisément, diverses préférences stériques et conformationnelles permettent l'encapsulation différentielle d'invités spécifiques dans leurs cavités internes15. La structure de base peut également être facilement modifiée ou améliorée avec des groupes fonctionnels pour ajouter des fonctionnalités secondaires16, avec plusieurs exemples d'interactions simultanées ayant lieu17,18. Des efforts récents ont également exploré l’application de macrocycles fonctionnalisés aux thérapies antibactériennes, contre les agents pathogènes Gram-positifs19 et Gram-négatifs20, y compris les composés ciblant les biofilms21. Cependant, la relation entre structure, fonction et mécanisme d’action reste mal comprise.

Les homosérine lactones (HSL) sont de petites molécules signal diffusibles produites, libérées et détectées par les bactéries à Gram négatif dans un processus appelé quorum sensing (QS) et sont utilisées pour coordonner les réponses à l'échelle de la colonie, notamment la formation de biofilm, la production d'exotoxines et de tensioactifs, la motilité. et des molécules piégeant les nutriments22,23. En tant que tels, ils constituent une cible attrayante pour les stratégies anti-virulence et ont déjà été explorées comme telles24,25. Les lipopolysaccharides (LPS) constituent un composant majeur du feuillet externe de la MO chez les bactéries Gram-négatives, constituant une formidable barrière contre les antibiotiques intracellulaires26.

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>