Wirkstoffdesign und Optimierung

Die Energy-Coupling-Factor-Transporter (ECF-T) sind eine Familie von Transmembranproteinen, die an der Aufnahme von Vitaminen durch ein breites Spektrum von Bakterien beteiligt sind. Die Hemmung der Aktivität dieser Proteine verringert die Lebensfähigkeit von Organismen, die auf die Vitaminaufnahme angewiesen sind, einschließlich pathogener Arten wie Streptococcus pneumoniae, Enterococcus faecium und Staphylococcus aureus. Da mehrere Bakterien wichtige Vitamine wie Folsäure, Pantothenat und Niacin nicht de novo synthetisieren können, sind sie auf ECF-T angewiesen, um sie aus der Umwelt aufzunehmen. Aufgrund dieser zentralen Rolle im Stoffwechsel von Bakterien sind ECF-T neuartige, vielversprechende antimikrobielle Zielstrukturen zur Bekämpfung von Infektionen. Vor kurzem haben wir mehrere Klassen von ECF-T-Inhibitoren als potenzielle antibakterielle Wirkstoffe identifiziert. Wir entwickeln diese Verbindungen derzeit mit Unterstützung eines ERC Proof-of-Concept Grants weiter.

Der Methyl-Erythrit-Phosphat-Stoffwechselweg (MEP) ist eine reichhaltige, noch nicht ausreichend erforschte Quelle für Antiinfektiva, die beim Menschen nicht vorkommen, aber in vielen pathogenen Bakterien, Protozoen und Pflanzen essenziell sind. Dies eröffnet die Möglichkeit, hochselektive Inhibitoren zu entwickeln, die gegen klinisch relevante Krankheitserreger wie die vier ESKAPE-Erreger wirken, die im Mittelpunkt des ersten Doktoranden-Netzwerks MepAnti stehen:Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa und Enterobacter spp., die alle nach der Globalen Prioritätenliste der WHO für antibiotikaresistente Bakterien hohe oder kritische Priorität haben - sowie Mycobacterium tuberculosis und Plasmodium falciparum. Bei diesen Erregern ist der MEP-Weg die einzige Quelle für Isopentenyldiphosphat (IDP) und Dimethylallyldiphosphat (DMADP). Letztere sind die universellen Bausteine für die Biosynthese von Isoprenoiden, einer großen und vielfältigen Klasse von Naturstoffen, die eine Vielzahl von unverzichtbaren Funktionen erfüllen. Mit DXPS, IspD und IspE haben wir drei wesentliche Enzyme dieses Weges mit ausgezeichneten Aktivitäten gegen die genannten Krankheitserreger im Visier.

Antibakterielle Medikamente, die auf essentielle Multienzymkomplexe abzielen, sind weniger anfällig für Resistenzentwicklung, da ihre Fehlfunktion schwer zu umgehen ist. In diesem Zusammenhang enthält die bakterielle Replisom-Maschinerie, die aus mindestens zwölf interagierenden Enzymen besteht, die in Bakterien hoch konserviert sind, mehrere attraktive und vielversprechende antibakterielle Ziele - darunter die bakterielle β-Gleitklemme DnaN. DnaN ist eine wichtige Untereinheit des Holoenzyms der DNA-Polymerase III, die die Dissoziation der Polymerase verhindert und die Aktivität der Polymerase erhöht. Darüber hinaus zeigt die β-Gleitklemme Interaktionen mit einer Vielzahl anderer Enzyme, die an Replikations- und DNA-Reparaturprozessen beteiligt sind. Seine wichtige Rolle im Replikationsprozess, seine hochkonservierte Struktur bei verschiedenen Bakterienarten und seine erhebliche strukturelle Divergenz zum Gegenstück bei Säugetieren (PCNA) machen DnaN zu einem attraktiven Ziel für die Behandlung verschiedener Krankheitserreger, einschließlich M. tuberculosis. Ausgehend von dem Naturprodukt Griselimycin (GM), einem bekannten DnaN-Binder, haben wir einen halbsynthetischen Ansatz gewählt, der zu einer Reihe von GM-Derivaten mit vielversprechenden antibakteriellen Aktivitäten führte. Darüber hinaus haben wir verschiedene synthetische kleine Moleküle identifiziert, die an DnaN binden. Die Hit-to-Lead-Optimierung der vielversprechendsten Verbindungen wird derzeit von CARB-X finanziert.

P. aeruginosa (PA), ein hochproblematischer gramnegativer Erreger, dem die WHO hohe Priorität eingeräumt hat, ist für viele nosokomiale Infektionen wie die im Krankenhaus erworbene und beatmungsassoziierte Lungenentzündung verantwortlich. Der opportunistische Erreger wird auch häufig in Verbrennungswunden, in der Lunge von COPD- und Mukoviszidose-Patienten gefunden und kann bakterielle Keratitis verursachen. Von PA abgeleitete Virulenzfaktoren spielen eine zentrale Rolle bei den Mechanismen, die seine Pathogenese und Infektiosität vermitteln. Die Strategie zur Entwicklung von „Pathoblockern“, die auf solche Virulenzfaktoren abzielen, dürfte im Vergleich zu herkömmlichen Antibiotika weniger anfällig für die Entwicklung von Resistenzen sein und das kommensale Mikrobiom schonen. Einer der wichtigsten Virulenzfaktoren von PA ist die extrazelluläre Zink-Metalloprotease Elastase LasB. LasB trägt wesentlich zum Fortschreiten der Krankheit bei PA-Infizierten bei, indem es die Invasion des Wirts und die Umgehung des Immunsystems erleichtert. Die Hemmung von LasB ist eine vielversprechende Strategie, um die Virulenz von PA wirksam zu reduzieren, ohne die Lebensfähigkeit des Erregers und das Mikrobiom des Wirts zu beeinträchtigen. Unsere vielversprechendsten LasB-Inhibitoren, die aus einer von CARB-X finanzierten Hit-to-Lead-Optimierungskampagne hervorgegangen sind, weisen nanomolare IC50-Werte, in vivo Wirksamkeit in Mausmodellen von PA-Lungeninfektionen und Keratitis sowie ein vielversprechendes Sicherheitsprofil auf und befinden sich derzeit im INCATE-Portfolio.