Integrating rational design principles to develop resistance-limiting antibiotics for Gram-negative pathogens

Előnézet	Szöveg (Disszertáció) Download (3MB) | Előnézet
Előnézet	Szöveg (Tézisfüzet) Download (383kB) | Előnézet

Magyar nyelvű absztrakt

A több sejtfunkciót célzó antibiotikumok várhatóan kevésbé hajlamosak a bakteriális rezisztencia kialakulására. Feltételezésünk szerint a kettős célzás elengedhetetlen, de önmagában nem elegendő a rezisztencia megelőzéséhez. Csak azok az antibiotikumok esetében figyelhető meg csökkent mértékű rezisztencia-kialakulás, amelyek egyszerre célozzák a membrán integritását, és egy másik sejtútvonalat is blokkolnak. A hipotézis teszteléséhez három antibiotikum-jelöltre koncentrálunk: a POL7306-ra, a Tridecaptin M152-P3-ra és a SCH79797-re, amelyek mindegyike megfelel a fenti kritériumoknak. A jelen doktori dolgozat bemutatja, hogy az ESKAPE kórokozók, köztük az Escherichia coli, a Klebsiella pneumoniae, az Acinetobacter baumannii és a Pseudomonas aeruginosa, esetében korlátozott az antibiotikumokkal szembeni rezisztencia kialakulása, míg a kettős célpontú topoizomeráz-antibiotikumok esetében gyakoribb a rezisztencia megjelenése. Számos sejtmechanizmust azonosítottunk, amelyek gátat szabhatnak a rezisztencia kialakulásának. Először is, a de novo mutációk csak korlátozott mértékben növelik a rezisztenciát, beleértve azokat is, amelyek az adott antibiotikum molekuláris célpontját vagy az effluxpumpákat érintik. Másodszor, a rezisztencia génamplifikáció révén nem érhető el. Harmadszor, funkcionális metagenomikai módszerekkel kimutattuk, hogy a mobil rezisztenciagének ritkák az emberi bélben, a talajban és a klinikai mikrobiomokban. Végül, a membráncélzó antibiotikumok magas koncentrációjának való kitettség a baktériumpopulációk gyors kiirtásához vezetett. Összességében ez a munka mechanisztikus betekintést és gyakorlati keretrendszert nyújt a következő generációs antibiotikumok fejlesztéséhez, és ésszerű utat kínál a több gyógyszerrel szemben rezisztens kórokozók elleni fenntarthatóbb terápiák felé.

Absztrakt (kivonat) idegen nyelven

Antibiotics that target multiple cellular functions are thought to be less susceptible to bacterial resistance. This thesis demonstrates that while dual-targeting strategies are essential, they are insufficient to prevent resistance. Instead, antibiotics that concurrently disrupt membrane integrity and inhibit an additional cellular pathway significantly reduce the development of resistance in Gram-negative ESKAPE pathogens, including Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, and Pseudomonas aeruginosa. To test the hypothesis, we focused on three antibiotic candidates, POL7306, Tridecaptin M152-P3, and SCH79797, all of which meet the above criteria, and evaluated several factors that could limit the evolution of resistance. First, mutations arising de novo led to only marginal increases in resistance, with detailed functional analyses revealing that conventional resistance pathways were not readily accessible. Second, resistance through gene amplification was unreachable. Third, mobile genetic elements encoding resistance to these antibiotics were infrequent in human-associated microbiomes and clinically significant pathogens. Additionally, an exceptionally rapid eradication of bacterial populations was observed following exposure to membrane-targeting antibiotics at toxic concentrations. These findings suggest that naturally occurring resistance mechanisms in bacterial pathogens provide only limited protection against these antibiotics. These results offer critical insights and practical recommendations for designing next-generation antibiotics that are more resilient to resistance, ensuring long-term efficacy in combating multidrug-resistant pathogens.

Tétel nézet