Pseudomonas aeruginosa quorum sensing rendszeren alapuló potenciális antibakteriális kínai növényi gyógyszer szűrés kutatása
A Pseudomonas aeruginosa (PA) különböző fertőzésekkel jár. A közelmúltban végzett vizsgálatok szerint a PA rezisztenciája az antibiotikum-kezelés során a quorum sensing révén fokozódik. Az utóbbi években az antibiotikumok széles körű használata miatt a PA több antibiotikummal szemben is rezisztenciát fejlesztett ki, ami jelentősen megnehezíti a klinikai PA-fertőzések kezelését. A gyógyszerrezisztens PA visszaszorítására szolgáló új gyógyszerek keresése sürgős globális kérdéssé vált. Tekintettel a hagyományos kínai orvoslás bőséges erőforrásaira régiónkban, ez a projekt a hagyományos kínai orvoslásból kiindulva a kvórumérzékelésben részt vevő kulcsfontosságú fehérjéket veszi célba. Molekuláris dokkolási módszerrel keressünk olyan ligandum molekulákat, amelyek nagy affinitással rendelkeznek az aktív helyekre a hagyományos kínai gyógyászat vegyületkönyvtárában. A virtuális szűrés eredményeinek validálására antibakteriális tesztek alkalmazásával olyan kínai növényi gyógyszerek azonosítása a célunk, amelyek a klinikai gyakorlatban, antibiotikumokkal kombinálva gátolhatják a PA-rezisztenciát.
A quorum sensing (QS) egy sejtek közötti kommunikációs rendszer, amely a virulencia kifejeződését koordinálja a baktériumpopulációkban. A mechanizmus öt pontból áll: (1) az efflux pumpa gének túlexpressziója; (2) inaktiváló enzimek hidrolizálják a gyógyszereket; (3) biofilmképződés; (4) célmutáció; (5) csökkent külső membrán áteresztőképesség.
A PA kvórumérzékelő rendszere legalább négy alrendszert tartalmaz: Pseudomonas kinolon jel (PQS), integrált quorum érzékelő jel (IQS), valamint LAS és RHL rendszerek. Ezért a hagyományos antibiotikumokkal összehasonlítva a kvórumérzékelő gátlók (QSI-k) csökkenthetik a PA toxicitását, csökkenthetik a gyógyszerrezisztenciát, elkerülhetik a szepszist, és javíthatják az antibiotikum-kezelés érzékenységét.

A PA-rezisztencia problémája egyre súlyosabbá válik, ami jelentős kihívást jelent az antibiotikumok terápiás hatékonysága szempontjából a klinikai gyakorlatban. A QS rendszer széles körben jelen van a különböző baktériumokban, különösen a PA-ban, és kaszkád szabályozást mutat a rendszerek között, szabályozva a baktériumok patogenitását és gyógyszerrezisztenciáját. A hagyományos antibiotikumokkal összehasonlítva a QSI-k megfelelő koncentrációban képesek gátolni a célbaktériumok QS rendszerét anélkül, hogy befolyásolnák a normál baktériumnövekedést, csökkentve a baktériumok virulenciáját és gátolva a bakteriális toxinok terjedését. Az ebben a cikkben használt öt fehérje különböző útvonalfehérjéknek felel meg. Közülük az 5EOE egy BEL-1 típusú fehérje, amely képes inaktiváló enzimeket termelni a β - laktám gyűrű lebontására, ami az ilyen típusú antibiotikum inaktiválásához vezet; a 4HEF egy cefalosporin hidroláz komplex, amely a quorum sensing LAS alrendszerhez tartozik. A szerin β - laktázt a β - laktázhoz hasonló kovalens kötésű enzimkomplex kialakításával gátolja, ami széles spektrumú gátló hatásának szerkezeti alapját képezi; a 4ZZL a MexR-R21W mutánsa, amely a MexAB OprM multidrog efflux pumpa operátorának gátlója a Pseudomonas aeruginosa-ban. A DNS-kötési károsodást okozó mutáció multidrog-rezisztenciához vezet. A 4NR0 egy PA számára termelt enoil ACP reduktáz, amely fontos szerepet játszik a virulenciafaktor 3-oxo-C12HSL szintézisében. A 3H78 egy komplex, amely a pseudomonas kinolon pseudomonas jelző bioszintetikus enzimmutánsából és orto aminobenzoátból áll, amely a baktérium bioszintézisének fontos katalizátora. E komplex gátlása csökkentheti a virulenciafaktorok termelését a PQS rendszerben és csökkentheti a gyógyszerrezisztenciát.
Az utóbbi években a vizsgálatok kimutatták, hogy néhány általánosan használt klinikai gyógyszer is rendelkezik QSI-aktivitással. Az aszpirin, mint hagyományos lázcsillapító és fájdalomcsillapító gyógyszer, 6 mg/ml koncentrációban nem befolyásolja a PA növekedését, ugyanakkor bizonyos gátló hatást fejt ki a QS virulenciafaktorokra, például az elasztázra és a piocianinra. A rovarölőszer klóramfenikol képes gátolni a PA virulenciafaktorok termelését és a biofilmek kialakulását. Ezenkívül néhány mesterségesen szintetizált gyógyszer is rendelkezik a QSI-k tulajdonságaival. Például egy furanon (5Z)-4-brom-5-(brómmetilén)-3-butil-2-(5H)-furanon) alapú szintetikus származék, a furanon C-30 gátolhatja az effluxpumpa és a virulenciafaktorok expresszióját, növelve a PA biofilm antibiotikumokkal szembeni érzékenységét. Eddig azonban szinte valamennyi ilyen vizsgálat laboratóriumi területen maradt, és klinikai aktivitásuk még további kutatásokat igényel.
Ez a cikk a MOE szoftver segítségével virtuálisan átvizsgálja 2733 gyakori kínai növényi gyógyszer hatóanyagait, és 7 olyan kínai növényi gyógyszert talál, amelyek gátló hatással lehetnek a gyógyszerrezisztens törzsekre: galagonya, ramie gyökér, juhpata köröm, tűzszén anya, levélgyöngy, vízifenyő és többvirágú vad pünkösdi rózsa. Ezt követően releváns antibakteriális validálást végeztek rajta, és az eredmények összhangban voltak a molekuláris dokkolási számításokkal, ami azt jelzi, hogy ez a szűrés bizonyos fokú racionalitással rendelkezik. Az ebben a tanulmányban használt számítógépes virtuális szűrési módszer jellemzői az alacsony költség és a nagy hatékonyság. A számítások kombinálása a hagyományos farmakológiai kísérletekkel hatékonyabb kutatáshoz vezethet. Érdemes azonban megemlíteni, hogy néhány hagyományos kínai gyógyszert nem nyertek virtuális számítással, de a tényleges szűrés során antibakteriális aktivitást mutattak (például Yanfumu, Xiqingguo, Hezi stb.), ami azt jelzi, hogy ez a módszer még mindig viszonylag nyers, eltérésekkel és kihagyásokkal, és javításra szorul. A későbbi szakaszban a molekuladinamikai szimulációt fogják használni a fontos tudományos kérdések, például a rendszer mozgékonyságának és gátlási mechanizmusának elemzésére.
Ami a kiválasztott kínai gyógynövényeket illeti, Chen és munkatársai megfigyelték, hogy bizonyos körülmények között a galagonya bizonyos tisztító hatással van a PA biofilmre, sőt, teljesen megtisztítja azt; Song és munkatársai megállapították, hogy a kínai gyógynövény Charcoal kivonatának bizonyos gátló hatása van a PA növekedésére, és a minimális gátló koncentrációja 15,63 mg/ml; Pandey és munkatársai in vitro antibakteriális kísérleteken keresztül megállapították, hogy a juhpata bogár kivonatai (levelek, szárkéreg és virágok) bizonyos antibakteriális hatással vannak a PA-ra.
E cikk másik célja, hogy klinikai válaszokat adjon az antibiotikum-rezisztens PA fertőzésekre. Jelenleg együttműködünk a klinikai osztályokkal, hogy különböző hagyományos kínai gyógyszereket válasszunk ki, amelyeket decoccolunk és kombinálunk amoxicillinnel, cefotaximmal és levofloxacinnal, hogy megfigyeljük terápiás hatásaikat és némi előrelépést tegyünk. A klinikai kínai orvosok azonban visszajelzést adtak arról, hogy erősebb hagyományos kínai gyógyszerkészítményekre van szükség a jobb prognózis elérése érdekében. Bár a legtöbb vegyület még mindig a biológiai aktivitás kutatásának vagy a preklinikai kutatásnak a szakaszában van, és viszonylag kevés vegyület lép a klinikai vizsgálati szakaszba, a jövőben még sok bizonytalanság lesz. Ezek a különböző hatásmechanizmusú vegyületek azonban értékes tapasztalatokat és kutatási ötleteket nyújtanak a kutatók számára, lehetővé téve új antibakteriális gyógyszerek megjelenését. A QSI-k jó alkalmazási kilátásokkal rendelkeznek, és a bejelentett QSI-k még mindig korlátozottak. Szükséges a biztonságos és hatékony QSI-k tanulmányozása, amelyek valóban alkalmasak az emberi felhasználásra, hogy megoldják a baktériumok rezisztenciájának problémáját az orvostudományban.