Nitrofuranlar: antibiotiklarga qarshilikka qarshi kurashda eski dorilar sinfining tiklanishi

Mualliflik huquqi:© 2021 Le, Rakonjac. Bu Creative Commons Attribution litsenziyasi shartlari asosida tarqatiladigan ochiq kirish maqolasi bo'lib, u asl muallif va manbaga mansub bo'lsa, har qanday vositada cheklanmagan foydalanish, tarqatish va ko'paytirishga ruxsat beradi.

Moliyalashtirish:Bu ish Massey universiteti-MBIE PSAF II MU001985 granti va Anne va Brays Karminning saxiy xayriyasi tomonidan qo'llab-quvvatlandi. VVHL Callaghan PhD stipendiyasi, Fundamental fanlar maktabi va Dextra - New Zealand Pharmaceuticals Ltd. JR tomonidan qo'llab -quvvatlandi. Massey universiteti, fundamental fanlar maktabi. Moliyalashtiruvchilar o'quv dizaynida, ma'lumotlarni yig'ish va tahlil qilishda, nashr etish to'g'risida qaror qabul qilishda yoki qo'lyozmani tayyorlashda hech qanday rol o'ynamadilar.

Raqobatdosh manfaatlar:Mualliflar hech qanday raqobatdosh manfaatlar mavjud emasligini e'lon qilishdi.

Kirish

Antibiotiklarga chidamlilik - bu mavjud bo'lgan antimikrobiyal terapiya samaradorligini tobora pasayib borayotgan inson salomatligi uchun eng katta zamonaviy tahdidlardan biridir. Yangi antibiotiklarni ishlab chiqish, shubhasiz, bu tahdid bilan kurashishning kalitidir, lekin bu tasdiqlangan dori -darmonni ishlab chiqish uchun taxminan 1,3 milliard dollarga baholanadigan uzoq (10 dan 15 yilgacha) jarayon [1,2]. Bozorga chiqarilgandan so'ng, yangi dori dori qarshiligining paydo bo'lishi xavfiga duch keladi. Shuning uchun terapevtik strategiyalarni diversifikatsiya qilish, shu jumladan, ko'p dori-darmonlarga chidamli patogenlarni davolash uchun "eski" antibakterial vositalarni qayta tiklash va qayta tiklash [3]. 1940-1950 yillarda kiritilgan sintetik molekulalarning nitrofuran klassi ushbu toifaga kiradi [4]. Hozirgi vaqtda bozorda bir nechta nitrofuranlar mavjud:Nitrofurazon topikal infektsiyalar va siydik kateterining qoplamasi uchun, siydik yo'llari infektsiyalari uchun nitrofurantoin va bakterial diareya uchun furazolidon.Helicobacter pylori infektsiyalari. Biz bu dorilar sinfining yaqinda ochilgan aspektlarini ajratib ko'rsatamiz, bu kelajakda takomillashtiriladigan asoslar va nitrofuranlarni doimiy ravishda kengayib borayotgan antibiotiklarga chidamli bakteriyalarga qarshi asos soladi.

Escherichia coli tarkibidagi nitrofuran faollashtiruvchi fermentlar

Nitrofuran birikmalari oldingi dorilar. In E . coli , ular kislorodga sezgir bo'lmagan 2 turdagi NfsA va NfsB ni 2 ga kamaytirish orqali faollashadi. Bu fermentlar nitro qismining 2 elektronli bosqichma-bosqich reaktiv nitrozo va gidroksilamino hosilalariga aylanishini katalizlaydi, ulardan biri nitrofuranlarning antibakterial faolligi uchun javobgardir (1A-rasm) [5-7]. Peterson va hamkasblari bilan turi II nitroreductase faoliyati mavjudligini xabar E . coliBu nitrofuranni 1 elektronli uzatish mexanizmi bilan kamaytiradi va molekulyar kislorodga sezgir (1A-rasm) [8]. NfsA nfsB E tarkibidagi furazolidonga chidamli mutantlarni tanlab, kislorodga sezgir nitrofuran kamayishini katalizlaydigan fermentlarning kimligi 2019 yilgacha aniqlanmagan . coli er-xotin nokaut. Furazolidonning bakteritsid kontsentratsiyasiga chidamli 15 ta mustaqil izolyatsiyalangan mutantlar antioksidant alkil gidroperoksid reduktaza komponentini kodlaydigan ahpF genidagi mutatsiyalarni o'z ichiga olgan [9]. Keyingi tozalangan AhpF oqsilining fermentativ tahlillari shuni aniqladiki, bu ferment kislorodga sezgir II turdagi nitroreduktaza [9].

(A)NTR fermentlari yordamida nitrofuranni qaytarishning sxematik yo'li. Furan halqasining C 5 va C 2 raqamlangan. (B)Old dori faollashuvini buzadigan mutatsiyalar orqali nitrofuran qarshiligi. (C)nitrofuran gidrolizini katalizlaydigan b-laktamaz CTX-M-14 ( bla CTX-M-14 ) mutanti tomonidan nitrofuran qarshilik mexanizmi . NTR, nitroreduktaza.

Bir marta nitroreduktazalar bilan faollashtirilgan nitrofuran hosilalarining antibakterial mexanizmi yomon aniqlangan. DNKning shikastlanishi va oksidlovchi stress, RNK va oqsil biosintezining inhibatsiyasi kabi bir qancha ta'sirlar kuzatildi [10-12]. Shu bilan birga, ta'sirlangan nishonlardan qaysi biri (DNK, RNK va oqsil) nitroreduktaza faollashtirilgan nitrofuran türevleri tomonidan to'g'ridan-to'g'ri hujumga uchraydi va bu hosilalar va bakteriyalarning asosiy maqsadlari o'rtasidagi o'zaro ta'sirning oqibatlari. Biz gipotezaga ko'ra, furan halqasining C 5 -dagi nitro qismi , bir marta nitroreduktazalar bilan kamaytirilsa, nishonlarni kovalent tarzda o'zgartirish uchun jangovar kallak vazifasini bajaradi, yon zanjir C 2 da.furan halqasining nishonni bog'laydigan cho'ntagiga qanchalik mos tushishiga qarab, uning selektivligini belgilaydi. Nitrofuranlar va individual E o'rtasidagi o'zaro ta'sirni o'rganadigan kelajakdagi tajribalar . coli muhim oqsillari (jami 300 ga yaqin) nitroreduktaza borligida va yo'qligida nitrofuran qarindosh maqsadlariga oydinlik kiritishi mumkin.

E da potentsial noma'lum nitrofuran faollashtiruvchi fermentlarning mavjudligi . coli ushbu antibiotiklar klassi uchun yana bir qiziq savolni beradi. Nitrofuranlarning uch karra nfsA nfsB ahpF ga qarshi antibakterial faollikni saqlab turishi haqidagi kuzatuvlarMutant, yakka tartibda yoki antimikrobiyal o't tuzi natriy deoksikolat bilan sinergistik tarzda [9,13], bu fermentlarning mavjudligini ko'rsatadi, lekin bu fermentlarning nitrofuranlar (nitrofurantoin va furazolidon) ning umumiy antibakterial faolligiga qo'shgan hissasi. bu tadqiqotlarda diqqatga sazovor bo'lmasligi mumkin. Bu noma'lum fermentlarning nitrofuranning minimal inhibitiv kontsentratsiyasiga (MIC) oddiy ta'sir ko'rsatilishi, oqsillar ekspressiyasi pastligi yoki nitrofuranlarga yaqinligi pastligi bilan bog'liq bo'lishi mumkin. E tarkibidagi bu nitrofuran faollashtiruvchi fermentlarni aniqlash . coliva ularning biologiyasini (fiziologik funktsiyalari, oqsil ekspressioni / ta'sirini tartibga solish va ferment-nitrofuran molekulyar o'zaro ta'sirini) tushunish yangi nitrofuran asosidagi antibakterial terapiyani rivojlantirishga yordam beradigan foydali bilimlarni beradi. Masalan, faollashtiruvchi fermentning potentsial past ifodasi bo'lsa, yordamchi vositani izlash uchun nomzod fermentning ekspression regulyatorini yoki allosterik saytni nishonga oladigan ulkan katta kutubxonali [14] tuzilishga asoslangan virtual ekranlardan foydalanish mumkin. ferment ekspressiyasini tartibga soluvchi yoki ferment faolligini oshiruvchi molekulalar; Bu yordamchi molekulalar antibakterial ta'sirini yaxshilash uchun nitrofuran antibiotiklari bilan ishlatilishi mumkin. Shu bilan bir qatordanitrofuran analoglarining oqilona dizayni, ular faollashtirish fermentining oksidlanish -qaytarilish faol joyiga yaxshi bog'lanadi.siliko -ferment -dori -dock simulyatsiyasida, so'ngra eksperimental tasdiqlashda, yangi dori -darmonlarni faollashtirish va qarshilik mexanizmlari jihatidan klinik qo'llaniladigan nitrofuran preparatlaridan farq qiladigan yangi nitrofuran nomzodlari paydo bo'lishi mumkin. Xuddi shunday strategiyadan hozirgi nitrofuranlarning ta'sir doirasidan tashqaridagi bakteriyalarga qarshi samarali bo'lgan yangi nitrofuranlarni aniqlash uchun ham foydalanish mumkin, masalan, Pseudomonas aeruginosa .

Yilda Nitrofuran qarshilik mexanizmlari E . coli

NfsA va nfsB mutatsiyalari E ning laboratoriya va klinik shtammlarida nitrofuranlarga qarshilik ko'rsatishning asosiy bakterial mexanizmi hisoblanadi . koli . A de nitrofurantoin chidamli Yangi-tanlangan qaysi bir istisno mavjud E . coli shtammida yovvoyi turdagi nfsA va nfsB allellari bor edi, lekin ribf genida flavin mononukleotid biosintezidagi fermentni kodlaydigan ramka ichidagi o'chirishni o'z ichiga olgan, NfsA/NfsB ning muhim kofaktori (1B-rasm) [15]. Ehtimol, ribE mutatsiyasidan kelib chiqqan bakteriyalar o'sishining pasayishi tufayli bu gen mutatsiyalari qayd etilmagan.E . coli klinik izolatlari va nitrofuran bilan davolash samaradorligiga katta xavf tug'dirishi dargumon.

Noma'lum narsalarga tayyorgarlik ko'rmaslik ko'pincha halokatli oqibatlarga olib keladi. NafsA / nfsB mutatsiyasidan tashqari, nitrofuranga qarshilik ko'rsatishning mumkin bo'lgan yangi mexanizmi ( ruhlari ) ushbu dorilar sinfining foydaliligini ta'minlash uchun zarur e'tibor va resurslarga ega bo'lishi kerak. E orasida nitrofuran qarshiligining tarqalishi . butun dunyo bo'ylab o'tkazilgan so'nggi epidemiologiya tadqiqotlarida coli klinik izolatlari hali ham past [9], 128 mikrogram/ml dan yuqori mikroorganizmlarga ega nitrofuran-giperrezistitli izolatlar uchragan [15,16]. Bu yuqori qarshilik darajasini faqat nfsA , nfsB va ahpF mutatsiyalari bilan izohlab bo'lmaydi. genlar va patogen shtammlarda allaqachon aylanib yurgan noma'lum qarshilik determinantlariga ishora qiladi.

E -da nitrofurantoin qarshiligi haqida katta tashvish tug'diradi . coli uropatogen klinik izolatlari 2020 yilda Shimoliy Uelsdagi (Buyuk Britaniya) bitta kasalxonada [17]. Bu izolatlar kengaytirilgan spektrli b-laktamaz CTX-M-14 ning mutatsiyaga uchragan versiyasiga ega ekanligi aniqlandi, u yovvoyi oqsildan 3 noma'lum o'zgarish bilan farq qiladi (T55A, A273P va R277C). E -da rekombinant tarzda ortiqcha ifodalanganida . coli laboratoriya shtammlari, mutatsiyaga uchragan CTX-M-14 fermenti, b-laktamga qarshilik ko'rsatish qobiliyatini saqlab, nitrofurantoinga giperrezistansiyani keltirib chiqardi [17]. Tozalangan ferment in vitro sharoitida nitrofurantoinni gidroliz qila oldienzimatik tahlil (1C -rasm). Garchi aniq gidrolitik mahsulotlar aniqlanmagan bo'lsa-da, biz taxmin qilamizki, uch marta CTX-M-14 mutanti, b-laktamli dorilarga o'xshab, gidantoin halqasidagi amid bog'lanishlarini kesib tashlashi mumkin (2A-rasm, qizil o'qlar). Gidrolitik mahsulotlarning faollashuv fermentlariga yoki nitrofurantoinning asosiy maqsadlariga yaqinligi past bo'ladi. Ish dastlabki bo'lsa -da, bu topilma juda xavotirli. Yaqinda siydik yo'llari infektsiyalari uchun birinchi darajali terapiya sifatida trimetoprim/sulfametoksazol kombinatsiyasidan nitrofurantoinga o'tish E ta'sirini sezilarli darajada oshirdi . colinitrofurantoinga va bu uch mutantli CTX-M-14 ni tanlaydi. CTX-M-14 vositachiligida nitrofuranga chidamli mutantning tahdidi yuqori, chunki bu b-laktamazalarning kengaytirilgan spektrining dunyodagi eng ko'p tarqalgan 2 turidan biridir [18]. Nitrofurantoinga qarshilik ko'rsatadigan CTX-M-14 variantining tarqalishi va ifodasini, bu variant bilan nitrofurantoin gidrolizining mexanizmini va, ehtimol, boshqa b-laktamazalarga, ma'lum b-laktamaz ingibitorlarining blokirovka qilish imkoniyatlarini tushunish uchun qo'shimcha tekshirish zarur. nitrofuranlarga qarshi gidrolizlanish faolligi. Bundan tashqari, in vitroNitrofurantoin gidroliziga va qarshiligiga yo'naltirilgan klinik jihatdan muhim b-laktamaz fermentlari bilan o'tkazilgan evolyutsion tajribalar, klinik sharoitda nitrofurantoin ta'sirida qanday mutatsiyalar tanlanishi mumkinligini bashorat qiladi. Bu harakatlar nitrofurantoinning b-laktamaz-musbat E ga qarshi samaradorligini saqlashga yordam beradi . koli .