Uravnoteženo dvojno ciljanje hibridov novih zaviralcev bakterijske topoizomeraze-fluorokinolonov (NBTI-FQ) kot inovativen pristop v boju proti bakterijski odpornosti

Odkritje protibakterijskih učinkovin in njihov izjemen uspeh v boju proti bakterijskim okužbam sta predstavljala varnost za človeštvo. Vendar je njihova pretirana in nenadzorovana uporaba pripeljala do povečanja odpornosti bakterij, kar spodkopava učinkovitost teh zdravil in postavlja njihovo prihodnost pod vprašaj. Izjemno majhno število novih protibakterijskih učinkovin, odobrenih v zadnjih desetletjih kaže na težave pri njihovem razvoju, kar je privedlo do uvedbe novih terapevtskih strategij pri premagovanju odpornosti na bakterije. Ena izmed takšnih strategij je uravnoteženo protibakterijsko delovanje na dve biološki tarči hkrati, ki zagotavlja, da se v primeru razvoja bakterijske odpornosti na eni tarči, učinkovitost ohrani skozi drugo tarčo. To je mogoče doseči skozi tako imenovane hibridne spojine, kjer sta v eno molekulo vključeni dve biološko aktivni protibakterijski spojini, ki lahko delujeta na dve tarči hkrati. Dobro poznani fluorokinoloni (FQ) so primer protibakterijskih spojin, ki svoj uspeh dolgujejo hkratnemu zaviranju encimov DNA giraze in topoizomeraze IV (Topo IV), vendar njihov protibakterijski učinek žal ni uravnotežen. Tako zaradi razvoja odpornosti v eni tarči FQ pretežno izgubijo svojo protibakterijsko aktivnost. Kljub vsem izzivom povezanih z odpornostjo, pa ostajata DNA giraza in Topo IV primerni tarči za razvoj novih protibakterijskih učinkovin. Eden takih zelo obetavnih novih razredov so novi zaviralci bakterijske topoizomeraze (NBTI), ki s FQ delijo mehanične podobnosti, vendar pa se razlikujejo dovolj, da se izognejo obstoječi odpornosti bakterij pridobljeni na FQ. To je posledica dejstva, da se NBTI vežejo na ne prekrivajoči se, vendar zelo bližnji vezavni žep na obeh encimskih tarčah. Tako kot FQ, tudi NBTI izkazujejo neuravnoteženo delovanje, z večjo prioriteto do ene encimske tarče. Primarna tarča je pri NBTI ravno obratna kot pri FQ. Namreč, DNA-giraza je primarna tarča FQ pri gram-negativnih organizmih, Topo IV pa primarna tarča pri gram-pozitivnih organizmih. Pri NBTI je DNA giraza primarna pri gram-pozitivnih bakterijah, medtem ko NBTI učinkoviteje delujejo na Topo IV v gram-negativnih organizmih. Zato je predlagani raziskovalni projekt osredotočen na hibridizacijo NBTI in FQ protibakterijskih učinkovin v eno spojino, za doseganje uravnoteženega zaviranja DNA giraze in Topo IV, kar bo pripomoglo k upočasnitvi razvoja bakterijske odpornosti. Ker je vezava tako NBTI, kot tudi FQ neuravnotežena, z obratnimi primarnimi tarčami pri patogenih, ki se barvajo po Gramu, bi bila dodana vrednost NBTI-FQ hibridov tudi bolj uravnoteženo gram-pozitivno in gram-negativno delovanje. Hibride bomo oblikovali na dva načina, z zlitjem strukture NBTI in FQ ter s povezovanjem NBTI in FQ spojin z distančnikom. Zliti hibridi NBTI-FQ se bodo lahko vezali na NBTI ali FQ vezavno mesto, medtem ko drugi pristop temelji na prostorski bližini NBTI in FQ vezavnih mest, kar omogoča hkratno vezavo takih hibridov na obe vezavni mesti. Hibridi oblikovani z obema pristopoma bodo podvrženi intenzivnim metodam računalniških simulacij, z namenom preučevanja stabilnosti in kvantifikacije njihove vezave v encimske tarče. Izračun proste vezavne energije takih hibridnih spojin bo omogočil pridobitev informacij o zmožnosti uravnotežene vezave na obe encimski tarči v isti bakteriji, ki posledično določa encimsko zaviralno in nadalje tudi protibakterijsko aktivnost. Hkrati bodo ti podatki omogočili napovedovanje gram-pozitivnega/gram-negativnega protibakterijskega delovanja. Tako bodo hibridi, za katere bomo s pomočjo računalniško podprtega raziskovanja predvideli najmočnejšo in najbolj uravnano hkratno delovanje na DNA girazo in Topo IV v naslednji stopnji sintetizirani, njihovo encimsko zaviranje in protibakterijska aktivnost pa bo nadalje določena z in vitro testi za potrditev uravnoteženega dvojnega delovanja.