Host de reaproveitamento - Grupo de Ciclodextrina Nativa de Zhejiang

Nature Communications volume 14, número do artigo: 2141 (2023) Citar este artigo

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A diversidade limitada de alvos das terapias antibióticas disponíveis colocou uma enorme pressão sobre o tratamento de agentes patogénicos bacterianos, onde numerosos mecanismos de resistência que contrariam a sua função estão a tornar-se cada vez mais prevalentes. Aqui, utilizamos uma triagem antivirulência não convencional de macrociclos que interagem hospedeiro-hóspede e identificamos um macrociclo sintético solúvel em água, Pillar[5]areno, que é não bactericida/bacteriostático e tem um mecanismo de ação que envolve a ligação a ambos lactonas homoserina e lipopolissacarídeos, principais fatores de virulência em patógenos Gram-negativos. O Pillar[5]areno é ativo contra Pseudomonas aeruginosa e Acinetobacter baumannii resistentes a carbapenêmicos e cefalosporinas de terceira/quarta geração de prioridade máxima, suprimindo toxinas e biofilmes e aumentando a penetração e eficácia de antibióticos padrão em administrações combinadas. A ligação de lactonas homoserinas e lipopolissacarídeos também sequestra seus efeitos diretos como toxinas nas membranas eucarióticas, neutralizando ferramentas-chave que promovem a colonização bacteriana e impedem as defesas imunológicas, tanto in vitro como in vivo. O pilar[5]areno evita tanto os mecanismos existentes de resistência aos antibióticos, como também o desenvolvimento de rápida tolerância/resistência. A versatilidade da química macrocíclica hospedeiro-hóspede fornece amplas estratégias para direcionamento personalizado da virulência em uma ampla gama de doenças infecciosas Gram-negativas.

O âmbito dos actuais alvos antibióticos é muito limitado, com a grande maioria dos tratamentos aprovados visando a síntese de ADN, a síntese de proteínas, a integridade da membrana ou a biossíntese da parede celular, todos eles contrariados por numerosos e cada vez mais prevalecentes mecanismos de resistência. A iminente crise sanitária global que se seguiu foi documentada sob diversas perspectivas em relatórios recentes1,2,3 e levou a Organização Mundial da Saúde a criar uma lista de agentes patogénicos prioritários. As bactérias Gram-negativas, que possuem uma membrana externa (MO) que atua como uma barreira formidável contra um grande número de antibióticos padrão, representam a maioria dos patógenos na lista de prioridades4, com Acinetobacter baumannii e Pseudomonas aeruginosa resistentes a carbapenem. apresentando no top5. Este premente desafio global enfatiza a necessidade da descoberta de terapias com estruturas moleculares e/ou mecanismos de ação únicos que evitem os mecanismos de resistência existentes e sejam menos propensos a levar à resistência aos medicamentos6.

Uma alternativa promissora ao escopo limitado dos antibióticos é o direcionamento dos fatores de virulência bacteriana, que desempenham um papel crucial no estabelecimento e progressão de infecções6. Os alvos potenciais incluem toxinas formadoras de poros7, moléculas sinalizadoras de homoserina lactona8,9,10, biofilmes bacterianos11,12, quelação de metais13 e OM bacteriano14. Moléculas contendo cavidades macrocíclicas são intensamente exploradas na química hospedeiro-hóspede por químicos supramoleculares, devido às suas preferências moleculares ajustáveis. Especificamente, as diferentes preferências estéricas e conformacionais permitem o encapsulamento diferencial de hóspedes específicos dentro de suas cavidades internas . A estrutura central também pode ser facilmente modificada ou aprimorada com grupos funcionais para adicionar funcionalidades secundárias , surgindo vários exemplos de interações simultâneas ocorrendo . Esforços recentes também exploraram a aplicação de macrociclos funcionalizados em terapias antibacterianas, tanto para patógenos Gram-positivos19 quanto Gram-negativos20, incluindo compostos direcionados ao biofilme21. No entanto, a relação entre estrutura, função e mecanismo de ação permanece pouco compreendida.

As lactonas homosserinas (HSLs) são pequenas moléculas sinalizadoras difusíveis produzidas, liberadas e detectadas por bactérias Gram-negativas em um processo chamado quorum sensing (QS) e são usadas para coordenar respostas de toda a colônia, incluindo formação de biofilme, produção de exotoxinas e surfactantes, motilidade e moléculas eliminadoras de nutrientes22,23. Como tal, constituem um alvo atraente e já foram explorados como estratégias anti-virulência24,25. Os lipopolissacarídeos (LPS) formam um componente importante do folheto externo do MO em bactérias gram-negativas, representando uma barreira formidável contra antibióticos intracelulares .

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>