Даптомицин: Грамооң бактерияларға қарсы қолданылатын антибиотик

Кіріспе

Антибиотик

Даптомицин, Cubicin брендімен және басқа да атаулармен сатылады, – грам-оң бактериялар тудырған жүйелік және өмірге қауіпті инфекцияларды емдеу үшін қолданылатын липопептидті антибиотик. Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы даптомициннің адам медицинасы үшін өте маңызды екенін мәлімдейді.

Медициналық қолданыстар

АҚШ-та даптомицин ересектерде грам-оң бактериялар тудырған тері және тері асты инфекциялары, S. aureus бактериемиясы және оң жақ S. aureus эндокардиті үшін қолданылады. Гематогенді пневмонияға қатысты даптомициннің тиімділігінде айырмашылық байқалады.

Әрекет ету механизмі

Даптомициннің әсер ету механизмі ерекше, бактериялық жасуша мембранасының көптеген қызметтерін бұзады. Ол фосфатидилглицеролға тәуелді түрде жасуша мембранасына еніп, содан кейін жинақталады. Даптомициннің жинақталуы мембрананың иілуін өзгертеді, нәтижесінде иондардың шығуына себеп болатын тесіктер пайда болады. Бұл жылдам деполяризацияға алып келеді, мембраналық потенциалдың жоғалуына және нәтижесінде ақуыз, ДНҚ және РНҚ синтезінің тоқтауына себеп болады, бұл бактериялық жасушалардың өліміне әкеледі. Даптомициннің сфералық мицеллалар құруы оның әсер ету жоғына әсер етуі мүмкін деген болжам бар.

Микробиология

Даптомицин тек грам-оң бактерияларға ғана бактерицидтік әсер етеді. Ол in vitro жағдайында энтерококктарға (гликопептидке төзімді энтерококктарды (ГРЭ) қоса), стафилококктарға (метициллинге төзімді Staphylococcus aureus-ты қоса), стрептококктарға, коринебактерияларға және стационарлық фазадағы Borrelia burgdorferi тұрақтарына қарсы белсенділігін көрсетті.

Даптомицинге қарсы тұру

Даптомицинге қарсы тұру әлі сирек кездеседі, бірақ GRE-да оның көрінісі көбейіп келеді, 2005 жылы Кореяда, 2010 жылы Еуропада, 2011 жылы Тайваньда және АҚШ-та, онда 2007-2011 жылдар аралығында тоғыз жағдай тіркелді. Алты жағдайдың бесеуінде емделу барысында даптомицинге қарсы тұру пайда болды. Қарсы тұру механизмі белгісіз. Лечугилла үңгірінен алынған топырақтан оқшауланған 4 миллион жылдық Paenibacillus штаммының даптомицинге табиғи түрде төзімді екені анықталды. Даптомицинге кем дегенде бір тағы бір белсенді антибиотикпен бірге беру, қарсы тұрудың пайда болуын болдырмауға және бактерицидтік әсерін арттыруға көмектеседі деп саналады. In vitro және in vivo зерттеулердің нәтижелері инфекцияның себепшісін және инфекция орнын ескере отырып, жекеленген тәсіл қолдану қажеттігін көрсетеді.

Тиімділік

Даптомицин бактериемияны және S. aureus шақырган оң жақ эндокардитті емдеуде нафциллин, оксациллин, флуклоксациллин немесе ванкомицин сияқты стандартты емдеулерге кем емес екені көрсетілген. Мичиган штатының Детройт қаласында жүргізілген зерттеуде күдікті MRSA тері және жұмсақ тіндер инфекциясымен емделген 53 науқастың дaptомицинмен емделгендерінің ванкомицинмен емделгендерге қарағанда жазылуы тезірек болды (4 күнді 7 күнге қарағанда). III фазалық клиникалық сынақтарда шектеулі деректер даптомициннің сол жақ эндокардитпен ауыратын науқастарда нашар нәтижелермен байланысты екенін көрсетті. Даптомицин протездік клапан эндокардиті немесе менингиті бар науқастарда зерттелген жоқ.

Биосинтез

[[File:Nbt1265 F3. 9-сурет. Даптомицинмен байланысты липопептидтік антибиотиктердің комбинаторлық биосинтезі. Даптомициндегі D Ala құрамындағы 8-позиция модуль алмасу арқылы D Ser, D Asn немесе D Lys құрамына өзгертілді; D Ser табиғи түрде бар 11-позиция модуль алмасу арқылы D Ala немесе D Asn құрамына өзгертілді; әдетте 3 метил L Glu құрамындағы 12-позиция, L Glu құрамында метилтрансфераза генінің жойылуы арқылы өзгертілді; әдетте L kynurenine (L Kyn) құрамындағы 13-позиция, L Trp, L Ile немесе L Val құрамында кіші бірлік алмасу арқылы өзгертілді; 1-позиция әдетте антиизодилан, изодеканоил және антиизодилан тридеканоил майлы ацил топтарын қамтиды. Осы өзгерістердің барлығы комбинаторияландырылған. Даптомицин 13 аминқышқылынан тұрады, олардың 10-ы циклдік түрде, ал 3-і экзоциклдік құйрықта орналасқан. Препаратта екі протеиндік емес аминқышқылы бар, бұл – тек даптомицинге ғана белгілі ерекше аминқышқылы L-кинурен (Kyn) және L3 метилглютамин қышқылы (mGlu). Экзоциклді триптофан қалдықтарының N-ұшы орташа тізбекті (C10) май қышқылы – декано қышқылымен қосылады. Биосинтез декано қышқылының N-терминалды триптофанмен байланысуымен басталады, содан кейін қалған аминқышқылдарының байланысы рибосомалық емес пептид синтезасы (NRPS) механизмдері арқылы жүзеге асырылады. Соңында циклдендіру процесі басталады, оны тиоэстераз ферменті катализдейді, содан кейін липопептидтің босауы қамтамасыз етіледі. Даптомицин синтезі үшін жауапты NRPS үш бір-біріне ауыспалы гендермен – dptA, dptBC және dptD кодталады. DptE және dptF гендері, dptA-ның тікелей жоғары жағында, декано қышқылының N-терминалы Trp-мен байланысуы арқылы даптомицин биосинтезін бастауға қатысы бар. Бұл жаңа гендер (dptE, dptF) бірінші аминқышқылының (триптофанның) ацилиялануына мүмкіндік беретін бірегей конденсациялық доменмен бірге жұмыс істейтін өнімдерге сәйкес келеді. Бұл және басқа жаңа гендер (dptI, dptJ) протеиндік емес аминқышқылдарын L3 метилглютамин қышқылы мен Kyn жеткізуге қатысады деп есептеледі; олар NRPS гендерінің жанында орналасқан. Әрбір модульдің ішінде өсіп келе жатқан пептидил тізбегінің ұзартылуын жүзеге асыратын каталитикалық домендер бар. Өсу пептиді тиолация доменіне ковалентті түрде байланған; бұл жерде оны пептидил тасымалдаушы ақуыз деп атайды, өйткені ол өсу пептидісін бір каталитикалық доменнен екіншісіне жеткізеді. Бұл жағдайда да, apo T доменін PPTаза арқылы holo T доменіне қосу керек, ол серин қалдықтарына икемді фосфопантетин қолын жалғастырады. Аденилдену домені қосылатын аминқышқылының мономерін таңдайды және карбоксилатты АТФ-мен белсендіре отырып, аминтацил АМФ-ны жасайды. Бұдан кейін А домені іргелес Т доменінің тиолатына аминоацил тобын орнатады. Конденсация (С) доменінің әсерінен пептидтік байланыс пайда болады, бұл тізбекті ұзартуға әкеледі. Ол жоғарыда көрсетілген пептидил S T төмендегі аминоацил S T-ге қосылады (7-сурет). Бір аминоацил қалдықпен тізбекті ұзарту және келесі Т доменге тізбекті ауыстыру бір мезгілде жүреді. Бұл домендердің реті C A T. Кейбір жағдайларда L аминқышқылының мономерлері қосылып, D аминқышқылдарына эпимеризацияланатын модульдерде эпимеризациялық домен қажет. Мұндай модульдердегі домендік ұйым C A T E. Бұл көптеген себептермен комбинаторлық биосинтез үшін тартымды нысана: екінші буын туындылары қазіргі уақытта клиникада әзірленуде; Даптомицинді өндіретін организм Streptomyces roseosporus генетикалық манипуляцияға бейім; Даптомицин биосинтез гендер кластері клондалды, реттелді және S. lividans-та экспрессияланды; Даптомицинге байланысты және байланысты емес басқа липопептид гендер кластерлері клондалды және реттелді, және, ақырында, дәрілік химиядағы күш-жігерлер осы молекулалық инженерия өнімдерін одан әрі өзгерте алады. Бұл қосылыстардың кейбіреулері даптомицинге ұқсас бактерияға қарсы белсенділіктері бар. Сонымен қатар, бірінде E. coli иммутацияланған штаммына қарсы белсенділігі жақсарған, ал оның ішкі липополисахаридін құрастыру қабілеті бұзылған. Бұл қосылыстардың бірқатары 100-250 мг/литр аралығында өндірілді; бұл, әрине, ферментация әдістері арқылы табысты масштабтауға мүмкіндік береді. Пептидтер ядросындағы аминқышқылдарының мүмкін комбинацияларының тек аз пайызы ғана осы уақытқа дейін зерттелді.

[[File:Nbt1265 F3. png|thumb|Figure 9. Combinatorial biosynthesis of lipopeptide antibiotics related to daptomycin. Position 8, which typically has D Ala in daptomycin, was modified by module exchanges to contain D Ser, D Asn or D Lys; position 11, which naturally has D Ser, was modified by module exchanges to consist of D Ala or D Asn; position 12, which normally has 3 methyl L Glu, was modified by deletion of the methyltransferase gene to possess L Glu; position 13, which normally has L kynurenine (L Kyn), was modified by subunit exchanges to contain L Trp, L Ile or L Val; position 1 usually includes the anteiso undecanoyl, isododecanoyl and anteiso tridecanoyl fatty acyl groups. All of these alterations have been combinatorialized. Daptomycin consists of 13 amino acids, 10 of which are arranged in a cyclic fashion, and three on an exocyclic tail. Two nonproteinogenic amino acids exist in the drug, the unusual amino acid L kynurenine (Kyn), only known to daptomycin, and L 3 methylglutamic acid (mGlu). The N terminus of the exocyclic tryptophan residue is coupled to decanoic acid, a medium chain (C10) fatty acid. Biosynthesis is initiated by the coupling of decanoic acid to the N terminal tryptophan, followed by the coupling of the remaining amino acids by nonribosomal peptide synthetase (NRPS) mechanisms. Finally, a cyclization event occurs, which is catalyzed by a thioesterase enzyme, and subsequent release of the lipopeptide is granted. The NRPS responsible for the synthesis of daptomycin is encoded by three overlapping genes, dptA, dptBC and dptD. The dptE and dptF genes, immediately upstream of dptA, are likely to be involved in the initiation of daptomycin biosynthesis by coupling decanoic acid to the N terminal Trp. These novel genes (dptE, dptF ) correspond to products that most likely work in conjunction with a unique condensation domain to acylate the first amino acid (tryptophan). These and other novel genes (dptI, dptJ) are believed to be involved in supplying the nonproteinogenic amino acids L 3 methylglutamic acid and Kyn; they are located next to the NRPS genes. Within each module are catalytic domains that carry out the elongation of the growing peptidyl chain. The growing peptide is covalently tethered to a thiolation domain; here it is termed the peptidyl carrier protein, as it carries the growing peptide from one catalytic domain to the next. Again, the apo T domain must be primed to the holo T domain by a PPTase, attaching a flexible phosphopantetheine arm to a conserved serine residue. An adenylation domain selects the amino acid monomer to be incorporated and activates the carboxylate with ATP to make the aminoacyl AMP. Next, the A domain installs an aminoacyl group on the thiolate of the adjacent T domain. The condensation (C) domain catalyzes the peptide bond forming reaction, which elicits chain elongation. It joins an upstream peptidyl S T to the downstream aminoacyl S T (Figure 7). Chain elongation by one aminoacyl residue and chain translocation to the next T domain occurs in concert. The order of these domains is C A T. In some instances, an epimerization domain is necessary in those modules where L amino acid monomers are to be incorporated and epimerized to D amino acids. The domain organization in such modules is C A T E. It is an attractive target for combinatorial biosynthesis for many reasons: second generation derivatives are currently in the clinic for development;
Streptomyces roseosporus, the producer organism of daptomycin, is amenable to genetic manipulation; the daptomycin biosynthetic gene cluster has been cloned, sequenced, and expressed in S. lividans; other lipopeptide gene clusters, both related and unrelated to daptomycin, have been cloned and sequenced, and lastly, efforts in medicinal chemistry are able to further modify these products of molecular engineering. Some of these compounds have in vitro antibacterial activities analogous to daptomycin. Further, one displayed ameliorated activity against an E. coli imp mutant that was defective in its ability to assemble its inherent lipopolysaccharide. A number of these compounds were produced in yields that spanned from 100 to 250 mg/liter; this, of course, opens up the possibility for successful scale ups by fermentation techniques. Only a small percentage of the possible combinations of amino acids within the peptide core have been investigated thus far.

Тарих

Даптомицин, бастапқыда LY 146032 деп аталған, 1980 жылдардың соңында Eli Lilly and Company компаниясының зерттеушілері Streptomyces roseosporus актиномицетінен тапқан. LY 146032 Грам-оң бактериялардың қоздырған инфекциясын емдеуде I/II фазалық клиникалық сынақтарда үміттендірген нәтижелер көрсетті. Lilly жоғары дозадағы терапияның қаңқа бұлшықтарына, соның ішінде миалгияға жағымсыз әсер ететініне байланысты оны әрі қарыштай дамытуды тоқтатты. LY 146032 құқығына 1997 жылы Cubist Pharmaceuticals ие болды, ол 2003 жылдың қыркүйегінде АҚШ Тамақ және дәрі-дәрмек басқармасының (FDA) 18 жастан асқан адамдарға қолдануға рұқсат бергеннен кейін Cubicin саудалық атауымен препаратты сатуға кірісті. Cubicin Еуроодақта және басқа да бірнеше елдерде Novartis компаниясы бұрынғы лицензиат Chiron Corporation компаниясын сатып алғаннан кейін сатады.