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腸内細菌科のカルバペネマーゼ産生菌のメロペネム依存性殺傷を増強するニューデリーメタロ-β-ラクタマーゼ-1阻害ペプチドの発見と特徴付け
Discovery and characterization of New Delhi metallo-β-lactamase-1 inhibitor peptides that potentiate meropenem-dependent killing of carbapenemase-producing Enterobacteriaceae.
PMID: 32591801 DOI: 10.1093/jac/dkaa242.
抄録
目的:
メタロ-β-ラクタマーゼ（MBL）は、最後の手段であるカルバペネムを含むβ-ラクタム系抗生物質を分解する抗菌薬耐性酵素の新興クラスである。カルバペネマーゼ産生性腸内細菌科(CPE)による感染がますます広まっているが、治療法の選択肢は限られている。いくつかのセリン依存性β-ラクタマーゼ阻害剤は、一般的に処方されているβ-ラクタムと一緒に製剤化されているが、MBL阻害剤は現在のところ、コンビナート療法として承認されていない。したがって、MBLを標的とし、CPEに対するカルバペネム活性を回復させる新規化合物が緊急に必要とされている。ここでは、我々は、CPEにおける新たなβ-ラクタム耐性機構であるNDM-1に結合し、阻害する新規な合成ペプチド阻害剤を同定し、特徴付けた。
OBJECTIVES: Metallo-β-lactamases (MBLs) are an emerging class of antimicrobial resistance enzymes that degrade β-lactam antibiotics, including last-resort carbapenems. Infections caused by carbapenemase-producing Enterobacteriaceae (CPE) are increasingly prevalent, but treatment options are limited. While several serine-dependent β-lactamase inhibitors are formulated with commonly prescribed β-lactams, no MBL inhibitors are currently approved for combinatorial therapies. New compounds that target MBLs to restore carbapenem activity against CPE are therefore urgently needed. Herein we identified and characterized novel synthetic peptide inhibitors that bound to and inhibited NDM-1, which is an emerging β-lactam resistance mechanism in CPE.
方法:
我々は、表面局在化抗菌ディスプレー（SLAY）を活用して、CPEにおける主要なカルバペネム耐性メカニズムであるNDM-1を阻害するペプチドを同定し、その特徴を明らかにしました。リードインヒビター配列を化学的に合成し、カルバペネムの存在下/不在下でのMBCとMICを計算した。組換えNDM-1と選択ペプチドを用いた速度論的解析では、直接結合を試験し、NDM-1阻害剤の作用機序を支持した。阻害剤の細胞毒性についても試験を行った。
METHODS: We leveraged Surface Localized Antimicrobial displaY (SLAY) to identify and characterize peptides that inhibit NDM-1, which is a primary carbapenem resistance mechanism in CPE. Lead inhibitor sequences were chemically synthesized and MBCs and MICs were calculated in the presence/absence of carbapenems. Kinetic analysis with recombinant NDM-1 and select peptides tested direct binding and supported NDM-1 inhibitor mechanisms of action. Inhibitors were also tested for cytotoxicity.
結果:
NDM-1 Escherichia coliに対してカルバペネム依存性の殺傷力を増強する約1700の配列を同定した。また、いくつかの配列は他のCPEに対してもメロペネム依存性の殺傷力を増強した。生化学的特性解析の結果、これらのペプチドは細菌のペリプラズムに浸透し、NDM-1と直接結合して酵素活性を阻害することが明らかになった。さらに、それぞれのペプチドは哺乳類細胞株に対して最小限の溶血および細胞毒性を示した。
RESULTS: We identified approximately 1700 sequences that potentiated carbapenem-dependent killing against NDM-1 Escherichia coli. Several also enhanced meropenem-dependent killing of other CPE. Biochemical characterization of a subset indicated the peptides penetrated the bacterial periplasm and directly bound NDM-1 to inhibit enzymatic activity. Additionally, each demonstrated minimal haemolysis and cytotoxicity against mammalian cell lines.
結論:
私たちのアプローチは、抗菌薬の発見のための分子プラットフォームを進歩させ、代替抗菌薬のニーズの高まりを補完します。また、さらなる化学的最適化の出発点となるリードNDM-1阻害剤も発見しました。
CONCLUSIONS: Our approach advances a molecular platform for antimicrobial discovery, which complements the growing need for alternative antimicrobials. We also discovered lead NDM-1 inhibitors, which serve as a starting point for further chemical optimization.
© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of the British Society for Antimicrobial Chemotherapy. All rights reserved. For permissions, please email: journals.permissions@oup.com.