Riassunto analitico
Antimicrobial resistance represents one of the most important issue of our century. Over the past decades, the worldwide spread of bacteria resistant to almost all available antibiotic, rendered bacterial infections often not treatable with the antimicrobials available in clinical therapy.
In particular, among resistance mechanisms bacteria implement, the dissemination of β-lactamases with hydrolytic activity extended to last resort carbapenems represent one of the most common and is aggravating the antibiotic resistance problem enormously.
As highlighted by the World Health Organization (WHO), new strategies to contain antimicrobial resistance are urgently needed against Class A carbapenemases (KPC-2, GES-5) and class B (NDM-1), since these enzymes have the ability to hydrolyse penicillins, cephalosporins and even carbapenems. Class A carbapenemases are less susceptible to available beta-lactam inhibitors, such as clavulanic acid, while for class B no inhibitor has been so far approved in therapy.
Among class A BLs, the KPC family is the most prevalent. It is mostly found on plasmids in Klebsiella pneumoniae, and a great amount of attention, in terms of inhibitor design and structural biology, has been so far dedicated to it. Instead, no similar efforts have yet been dedicated to GES-type enzymes, despite their ability to rapidly and horizontally disseminate. For class B, NDM-1 represents a critical target gaining the attention of many research groups around the world, but the design of clinically useful inhibitors is still on going.
In my thesis work, I have conducted an IN SILICO screening against beta-lactamases from class A, KPC-2 and GES-5, and class B, NDM-1, using a library of available candidates, filtered for drug-likeness.
The best screening results coming from standard precision docking mode of GLIDE were filtered to enrich the number of candidates, and then submitted to a second run in extra precision docking mode.
The most promising candidates (twelve for KPC-2 and GES-5, sixteen for NDM-1) were selected for in vitro validation in biochemical assays against recombinant β-lactamases.
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Abstract
La resistenza antimicrobica rappresenta uno dei più grandi problemi del secolo in corso. Nel corso degli ultimi decenni, la diffusione su scala globale di batteri resistenti a ormai tutti gli antibiotici disponibili, ha reso le infezioni batteriche difficilmente trattabili.
In particolare, tra tutti i meccanismi di difesa attuati dai batteri, la diffusione di β-lattamasi con estesa attività idrolitica anche verso i carbapenemi di ultima generazione, sta aggravando enormemente il problema dell’antibiotico resistenza.
Come evidenziato dall’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), è urgentemente necessario individuare nuove strategie per contenere la resistenza antimicrobica verso le carbapenemasi di classe A (KPC-2 e GES-5) e di classe B (NDM-1), enzimi che sono in grado di idrolizzare penicilline, cefalosporine e anche carbapenemi.
La classe A, inoltre, è meno suscettibile agli inibitori β-lattamici disponibili, come l’acido clavulanico, mentre per la classe B nessun inibitore è stato finora approvato in terapia.
Tra le β-lattamasi di classe A, la famiglia KPC è la prevalente. Si trova prevalentemente come plasmide in Klebsiella Pneumoniae e gli è stata dedicata un grande attenzione in termini di progettazione di inibitori e biologia strutturale.
Purtroppo, nessuno sforzo analogo è stato ancora dedicato ad enzimi appartenenti alla famiglia GES, nonostante la loro capacità di diffondersi rapidamente e orizzontalmente.
Invece, in merito alla classe B, NDM-1 rappresenta un target critico che è sottoposto all’attenzione di molti gruppi di ricerca nel mondo, anche se la progettazione di inibitori è ancora in corso.
Nel mio progetto di tesi, ho condotto uno screening in silico verso le β-lattamasi di classe A, KPC-2 e GES-5, e di classe B, NDM-1, usando come software GLIDE e una libreria di composti disponibili, filtrati secondo proprietà drug-like.
Un primo screening è stato eseguito con il protocollo di docking standard precision. I risultati ottenuti sono stati analizzati per ottenere diversi candidati, i quali sono stati sottoposti a un secondo docking con il protocollo extra precision.
I candidati più promettenti (dodici verso KPC-2 e GES-5 e sedici verso NDM-1) sono stati selezionati per una validazione in vitro con saggi biochimici verso gli enzimi β-lattamici.
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