Riassunto analitico
La diffusione su scala mondiale di batteri resistenti agli antibiotici beta-lattamici attualmente disponibili in terapia rappresenta uno dei principali rischi per la salute pubblica. È necessaria un’azione immediata per contrastare la resistenza batterica verso gli antimicrobici, altrimenti tale fenomeno potrebbe diventare la prima causa di morte già entro il 2050 secondo quanto previsto dall’Organizzazione Mondiale per la Sanità (OMS).
La produzione di Beta-Lattamasi (BLs) è tra i meccanismi maggiormente coinvolti nella resistenza alla terapia antibiotica: questi enzimi sono in grado di inattivare la maggior parte dei farmaci beta-lattamici attualmente disponibili, inclusi i last resort carbapenemi. Le BLs sono classificate in quattro differenti gruppi: le classi A, C e D di tipo serinico, e la classe B comprendente le metallo Beta-Lattamasi (MBLs).
La scoperta di nuovi antibiotici unitamente allo sviluppo di nuovi inibitori delle BLs è assolutamente necessaria. Attualmente sono disponibili in commercio inibitori attivi unicamente verso le serine Beta-Lattamasi mentre molecole in grado di inattivare le MBLs non sono ancora state approvate in terapia.
Il mio progetto di tesi si è occupato della scoperta di inibitori de novo attivi verso le BLs di classe A e della ottimizzazione di nuovi inibitori ad ampio spettro d’azione.
Innanzitutto, è stato condotto uno screening in vitro su una libreria di molecole commerciali precedentemente identificate in silico come potenziali inibitori delle carbapenemasi di classe A: GES-5 e KPC-2. L’analisi è stata eseguita testando i composti verso l’enzima isolato per via spettrofotometrica. Per i composti più attivi sono poi stati determinati i valori di IC50 e sono state analizzate le orientazioni di legame previste da studi computazionali.
Successivamente è stata sintetizzata una piccola libreria di sei derivati dell’acido benzotiofen-2-il-boronico come inibitori ad ampio spettro delle BLs. I composti citati, infatti, sono stati recentemente identificati come i primi boronici non ciclici ad ampio spettro, attivi anche verso le MBLs. I derivati boronici sono stati ottenuti con procedure sintetiche ottimizzate e saranno ora indirizzati a studi di cinetica e di cristallografia ai raggi-x per analizzare nel dettaglio il meccanismo d’azione alla base della loro affinità per le MBLs.
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Abstract
The worldwide spread of bacteria resistant to all available antibiotics represent at the present one of the major threats to public health. Immediate actions are necessary to fight this emergency otherwise by 2050 bacterial resistance will become first cause of death, as World Health Organization (WHO) predicts.
Among the several mechanisms bacteria use to respond to chemotherapy, the production of Beta-Lactamases (BLs) is a prominent one: these enzymes are able to inactivate almost all available beta-lactam antibiotics, including last resort carbapenems. BLs are classified into four different groups: class A, C and D, serine-based BLs, and class B, metallo-based BLs (MBLs). The discovery of new antibiotics and the development of new BLs inhibitors is therefore hardly necessary. Actually only BLs inhibitors active against serine-based BLs are available in therapy, while no MBLs inhibitors have been so far approved for treatment.
In this scenario, my thesis work has been dedicated to the structure-based discovery of de novo inhibitor active against class A BLs and to the development of novel broad-spectrum inhibitors.
First of all, the screening in vitro of a library of commercially available candidates identified by in silico analysis was performed, spectrophotometrically, against two prominent class A carbapenemases, i.e. GES-5 and KPC-2. For best inhibitors, IC50 were determined and predicted binding orientation analyzed.
Additionally, a small library of six benzo[b]thiophen-2-yl-boronic acid derivates active as BLs broad-spectrum inhibitors was synthesized. The above-mentioned compounds have been in fact recently disclosed as the first acyclic boronic acids active against all BLs classes, including MBLs. The purpose was to optimize their synthetic procedures. The obtained compounds have been now directed to kinetic analysis and to x-ray crystallography studies to clarify the mechanism of action responsible of their affinity vs MBLs.
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