Razvoj novih zaviralcev bakterijskih topoizomeraz za boj proti odpornim infekcijam

Šifra:

J1-3031

Obdobje:

01. oktober 2021 - 30. september 2024

Obseg:

1,38 FTE

Vodja:

Nace Zidar

Veda:

1.09 Naravoslovje/Farmacija

Sodelujoče RO:

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/18652

Sestava projektne skupine:

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/18652

Vsebina:

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/18652

Opis:

V zadnjih letih opažamo alarmanten porast življenjsko nevarnih infekcij, ki jih povzročajo odporne po Gramu pozitivne in po Gramu negativne bakterije ter mikobakterije. Bakterije so razvile odpornost proti vsem protibakterijskim učinkovinam, ki so bile uvedene v klinično prakso, kar močno zmanjšuje možnosti zdravljenja. Za boj proti odpornim infekcijam tako nujno potrebujemo nove protibakterijske učinkovine. Bakterijski topoizomerazi tipa II - DNA-giraza in topoizomeraza IV - sta encima, ki nadzirata topološko stanje DNA med celično delitvijo in podvajanjem DNA ter sta nujno potrebna za rast bakterij. ATP vezavno mesto, ki se nahaja na podenoti GyB DNA-giraze in podenoti ParE topoizomeraze IV, je izvrstna tarča za razvoj novih protibakterijskih učinkovin. DNA-giraza in topoizomeraza IV izkazujeta 40% podobnost v aminokislinski sekvenci in imata podobni aktivni mesti, zaradi česar obstaja velika možnost za razvoj protibakterijskih učinkovin z delovanjem tako na DNA-girazo kot na topoizomerazo IV, s čemer bi bila verjetnost za razvoj bakterijske odpornosti manjša. V zadnjih desetletjih so raziskovalci razvili številne nove razrede ATP kompetitivnih zaviralcev GyrB/ParE, noben izmed njih pa ni prešel v klinično prakso. Za razvoj učinkovin z močnejšim in vitro in in vivo delovanjem, manjšo toksičnostjo in ugodnimi ADME lastnostmi so tako nujne dodatne raziskave. Glavni cilj projekta je tako razvoj novih ATP kompetitivnih zaviralcev DNA-giraze in topoizomeraze IV z delovanjem na odporne bakterijske seve. Projekt je multidisciplinaren in združuje skupino ekspertov z vseh področij modernega odkrivanja in razvoja protibakterijskih učinkovin. Preteklo in trenutno sodelovanje in povezave med posameznimi raziskovalci projektne skupine predstavljajo odlično osnovo ne samo za kvalitetno izvedbo raziskav, ampak tudi za prenos znanja in so zagotovilo za uspešno realizacijo predlaganega projekta in mednarodno odmevnost dobljenih rezultatov. Rezultat projekta bodo nove spojine vodnice s potencialom, da jih razvijemo do kliničnih kandidatov za zdravljenje okužb, ki jih povzročajo odporne bakterije.

Faze:

Da bi dosegli glavi cilj projekta, bo projekt obsegal več inovativnih pristopov. Izhajali bomo iz naših nedavno odkritih N-fenilpirolamidnih zaviralcev GyrB/ParE in jih optimizirali z uporabo inovativnega strukturno-podprtega načrtovanja. Načrtovali bomo nove, izvirne spojine z uravnoteženim delovanjem na GyrB in ParE, ki bodo tvorile interakcije z več aminokislinskimi ostanki, ki so nujni za delovanje obeh tarčnih proteinov in bodo imele majhno verjetnost, da bi se na njih razvila odpornost. Spojine bomo sintetizirali z uporabo modernih pristopov organske sinteze. Pripravljenim spojinam bomo določili njihovo zaviralno delovanje na bakterijske topoizomeraze in na nekatere strukturno sorodne proteine. Učinkovite in selektivne zaviralce GyrB/ParE bomo v nadaljevanju podrobno mikrobiološko ovrednotili na izbranih bakterijskih sevih, vključno z na več učinkovin odpornimi (MDR, angl. multi-drug resistant) sevi in mikobakterijami. Z uporabo originalne metode DIvERGE bomo ocenili verjetnost za razvoj odpornosti in mehanizme po katerih se odpornost razvije. Te podatke bomo v nadaljevanju uporabili za načrtovanje spojin z manjšo verjetnostjo, da se nanje razvije odpornost. Najbolj obetavne spojine z dobrim protibakterijskim delovanjem bomo z uporabo širokega nabora farmacevtsko-kemijskih metod razvili do spojin vodnic. Ta proces bo vključeval določanje in optimizacijo fizikalno-kemijskih (logP, logD, termodnamska in kinetična topnost) in ADMET lastnosti. Pripravili bomo kristalne strukture kompleksov med GyrB ali ParE in najbolj aktivnimi spojinami. Z uporabo pridobljenih podatkov bomo načrtovali in pripravili nove derivate ter jih ponovno biološko ovrednotili. Opisan krog bomo večkrat ponovili dokler ne bomo prišli do spojin z želenim delovanjem na DNA-girazo in topoizomerazo IV ter dobrimi protibakterijskimi in ADMET lastnostmi.

Bibliografske reference, ki izhajajo neposredno iz izvajanja projekta:

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/18652

Financira:

Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost.