Combattere la resistenza antimicrobica con gli inibitori delle pompe di efflusso

La resistenza antimicrobica (AMR) è un problema serio che colpisce la salute in tutto il mondo. Succede quando i microrganismi come i batteri si adattano nel tempo e smettono di rispondere ai farmaci che prima funzionavano contro di loro. Sebbene questo processo possa avvenire naturalmente, diversi fattori lo accelerano. Questi includono l’uso eccessivo di antibiotici, l’uso scorretto negli esseri umani, il loro utilizzo come additivi nei mangimi animali e la mancanza di modi rapidi per diagnosticare le infezioni.

#Il Ruolo di Acinetobacter Baumannii

Un batterio notevole in questo contesto è l’Acinetobacter baumannii. Questo germo si trova spesso negli ospedali e può causare infezioni gravi. Alcuni ceppi di A. baumannii sono resistenti a una classe di antibiotici noti come carbapenemi, che di solito sono efficaci contro molti batteri. L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ha evidenziato questi ceppi resistenti come una priorità assoluta per lo sviluppo di nuovi farmaci.

A. baumannii può resistere a molti antibiotici in diversi modi. Può cambiare quanto facilmente i farmaci entrano in esso, pompando fuori i farmaci in modo più efficiente, modificando i siti che i farmaci prendono di mira, o addirittura usando enzimi speciali per disattivare i farmaci.

#Comprendere le Pompe di Efflusso

Le pompe di efflusso sono meccanismi che alcuni batteri usano per tenere fuori sostanze nocive, compresi gli antibiotici. In A. baumannii, sono noti tre tipi significativi di queste pompe chiamati AdeABC, AdeFGH e AdeIJK.

AdeABC è stata la prima pompa di cui si è studiato dettagliatamente. L’iperproduzione di una parte di questa pompa, chiamata AdeB, è stata osservata in ceppi resistenti alla tigeciclina, un antibiotico chiave per il trattamento delle infezioni causate da questo batterio. Quando un ceppo iperproduce AdeB, la concentrazione inibitoria minima (MIC) della tigeciclina aumenta notevolmente, rendendola meno efficace. L'attività della pompa AdeABC è controllata da un sistema noto come AdeRS. Mutazioni in questo sistema di controllo hanno dimostrato di ripristinare la sensibilità a certi antibiotici.

La pompa AdeFGH è legata alla resistenza intrinseca contro vari antibiotici, inclusi β-lattami e fluorochinoloni. Gli studi hanno dimostrato che se il regolatore AdeN è assente, questo può essere invertito ripristinando una copia integra di AdeN, rendendo i batteri più suscettibili al trattamento.

#Inibitori delle Pompe di Efflusso

Gli inibitori delle pompe di efflusso (EPI) sono sostanze che aiutano a ripristinare l’efficacia degli antibiotici bloccando queste pompe. Questo può migliorare l'attività degli antibiotici che i batteri potrebbero aver resistito a causa di queste pompe. Sono stati identificati diversi EPI, sia dalla natura che creati in laboratorio.

Un EPI conosciuto è la Reserpina, che aiuta a ridurre l’efflusso di tetraciclina. Tuttavia, non è usata in ambito clinico a causa di effetti collaterali come danni ai reni. Un altro EPI sintetico, PAβN, è stato trovato efficace contro varie pompe in diversi batteri, incluso A. baumannii.

#Sviluppo di Nuovi Composti

I ricercatori stanno lavorando allo sviluppo di nuovi EPI basati su una struttura chiamata quinolina. Questa struttura ha mostrato potenzialità nei test di laboratorio. I composti basati su questa struttura sono stati progettati per colpire le tre pompe chiave in A. baumannii, portando alla creazione di una serie di nuovi composti che potrebbero inibire queste pompe e potenzialmente aumentare l'efficacia degli antibiotici.

#Composti di Prima Generazione

Il primo lotto di composti basati sulla quinolina includeva dodici versioni diverse, alcune con un atomo di bromo aggiunto. Sono stati creati utilizzando un metodo chimico semplice che coinvolge reazioni specifiche che producevano rese variabili dei composti desiderati. Questi composti sono stati quindi testati contro le pompe per vedere quanto fossero efficaci nel bloccare la resistenza agli antibiotici.

Nei test, alcuni di questi composti hanno mostrato un aumento notevole della fluorescenza, indicando che erano efficaci nell'inibire le pompe e prevenire l'espulsione degli antibiotici dai batteri. Un composto, in particolare, ha mostrato alti livelli di accumulo fluorescente, suggerendo che potrebbe funzionare in un modo diverso rispetto agli altri.

#Test di Efficacia

Per scoprire se questi composti potessero aiutare gli antibiotici a funzionare meglio, i ricercatori li hanno testati insieme a vari antibiotici. Hanno scoperto che mentre alcuni composti miglioravano l'efficacia del cloramfenicolo, altri non influenzavano la gentamicina. Questo ha indicato la necessità di comprendere come funzionano questi composti e quali pompe prendono di mira.

#Composti di Seconda Generazione

Costruendo su quanto appreso dai composti di prima generazione, i ricercatori hanno progettato un secondo set di composti. Questi miravano a migliorare ulteriormente le interazioni con le pompe. Un totale di ventiquattro composti di seconda generazione sono stati testati, molti mostrando prestazioni migliorate rispetto ai loro predecessori.

I test hanno mostrato che diversi dei nuovi composti potevano inibire efficacemente le pompe, specialmente in combinazione con il cloramfenicolo. Questo ha illustrato un potenziale percorso per superare la resistenza antibatterica utilizzando questi nuovi composti con antibiotici esistenti.

#Relazione Struttura-Attività (SAR)

Il design dei nuovi composti ha considerato quali caratteristiche rendevano efficaci i composti precedenti. Modificando varie parti del composto, i ricercatori potevano migliorare la loro efficacia contro certe pompe riducendo l'attività contro altre.

Ad esempio, i composti con specifiche sostituzioni nella posizione C-7 mostrano una migliore inibizione rispetto ad altri che mancavano di queste modifiche. Questo aiuta a perfezionare lo sviluppo di futuri EPI e informa le decisioni su quali modifiche perseguire per una migliore efficacia.

#Importanza dello Sviluppo di EPI

Lo sviluppo di EPI efficaci è cruciale poiché i ceppi batterici resistenti continuano a crescere. Prendendo di mira le pompe specifiche responsabili dell'espulsione degli antibiotici, i ricercatori sperano di migliorare le opzioni di trattamento esistenti.

Con risultati promettenti da entrambe le generazioni di composti, c'è potenziale per ulteriori modifiche. Questo apre nuove vie per la ricerca e l'eventuale applicazione clinica di questi composti nel trattamento di infezioni resistenti.

#Test di Tossicità

Un aspetto importante dello sviluppo di farmaci è garantire che i nuovi composti siano sicuri. I test utilizzando larve di falena hanno indicato che i composti di quinolina più attivi erano non tossici alle dosi testate. Questo è un buon segno per il loro potenziale uso nei trattamenti medici, poiché la sicurezza è una preoccupazione primaria nello sviluppo di nuovi farmaci.

#Conclusione

Il lavoro sui composti di tipo quinolina come EPI mostra una strategia promettente nella lotta contro la resistenza agli antibiotici. Comprendendo come funzionano queste pompe e come inibirle efficacemente, c'è speranza di superare alcune delle sfide poste dai batteri resistenti. Il percorso di sviluppo di questi composti riflette una tendenza più ampia nella ricerca medica, in cui la collaborazione tra chimica e microbiologia punta a creare trattamenti efficaci per alcune delle più pressanti preoccupazioni sanitarie dell'umanità.

La ricerca continua in quest'area è vitale, poiché detiene la chiave per sviluppare nuovi trattamenti che possono ripristinare l'efficacia degli antibiotici esistenti mentre forniscono un quadro per affrontare la minaccia persistente dell'AMR.