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Uma jornada científica em andamento na Duke University encontrou uma nova estratégia antibiótica para derrotar bactérias gram-negativas como Salmonella, Pseudomonas e E. coli, as culpadas de muitas infecções do trato urinário (UTIs). A molécula sintética funciona rápido e é durável em testes com animais.
Ele funciona interferindo na capacidade de uma bactéria de produzir sua camada lipídica externa, sua pele, por assim dizer.
“Se você interromper a síntese da membrana externa bacteriana, a bactéria não pode sobreviver sem ela”, disse o investigador principal Pei Zhou, professor de bioquímica na Duke School of Medicine. “Nosso composto é muito bom e muito potente.”
O composto, chamado LPC-233, é uma pequena molécula que provou ser eficaz na destruição da biossíntese lipídica da membrana externa em todas as bactérias gram-negativas contra as quais foi testada. Co-autores da Universidade de Lille, na França, testaram-no contra uma coleção de 285 cepas bacterianas, incluindo algumas que eram altamente resistentes a antibióticos comerciais, e mataram todas elas.
E funciona rápido. “LPC-233 pode reduzir a viabilidade bacteriana em 100.000 vezes em quatro horas”, disse Zhou.
O composto também é tenaz o suficiente para sobreviver até o trato urinário após a administração oral, o que pode torná-lo uma ferramenta vital contra infecções persistentes do trato urinário (UTIs).
Testes executados em altas concentrações do composto mostraram “taxas extremamente baixas de mutações espontâneas de resistência nessas bactérias”, de acordo com um artigo descrevendo as descobertas, publicado em 9 de agosto na Science Translational Medicine.
Em estudos com animais, o composto teve sucesso quando administrado por via oral e intravenosa ou injetado no abdômen. Em um experimento, camundongos que receberam o que deveria ter sido uma dose fatal de bactérias multirresistentes foram resgatados pelo novo composto.
A busca por esse composto levou décadas devido à especificidade e segurança exigidas da molécula sintética.
Zhou credita seu falecido colega, o ex-presidente da Duke Biochemistry, Christian Raetz, por iniciar a pesquisa décadas atrás. “Ele passou toda a sua carreira trabalhando nesse caminho”, disse Zhou. “O Dr. Raetz propôs um plano conceitual para esse caminho na década de 1980 e levou mais de duas décadas para identificar todos os participantes”, disse Zhou.
O alvo da nova droga é uma enzima chamada LpxC, que é a segunda enzima na “via Raetz” e é essencial para produzir o lipídio da membrana externa em bactérias gram-negativas.
Raetz ingressou na Duke como presidente de bioquímica em 1993, depois que seu trabalho nessa via na Merck & Co. não conseguiu produzir um candidato clínico bem-sucedido. O antibiótico Merck funcionou, mas apenas contra E. coli, por isso não era comercialmente viável e a empresa farmacêutica desistiu.
“Na verdade, ele me recrutou para a Duke para trabalhar com essa enzima, inicialmente apenas do ponto de vista da biologia estrutural”, disse Zhou, que ingressou na Duke em 2001.
Zhou e Raetz resolveram a estrutura da enzima LpxC e revelaram detalhes moleculares de alguns potenciais inibidores. “Percebemos que poderíamos ajustar o composto para torná-lo melhor”, disse Zhou. Desde então, Zhou tem trabalhado com seu colega, professor de Duke Chemistry, Eric Toone, para produzir inibidores de LpxC mais potentes.
O primeiro teste humano de inibidores de LpxC falhou devido à toxicidade cardiovascular. O foco do trabalho subsequente do grupo Duke foi evitar efeitos cardiovasculares, mantendo a potência do composto.
Eles trabalharam em mais de 200 versões diferentes do inibidor enzimático, sempre em busca de maior segurança e maior potência. Outros compostos funcionaram em graus variados, mas o composto número 233 foi o vencedor.
O LPC-233 se encaixa em um ponto de ligação na enzima LpxC e a impede de fazer seu trabalho. “Ele se encaixa da maneira certa para inibir a formação do lipídio”, disse Zhou. “Estamos bloqueando o sistema.”
Além de sua durabilidade, o composto funciona por meio de um notável processo de duas etapas, disse Zhou. Após a ligação inicial a LpxC, o complexo enzima-inibidor muda um pouco sua forma para se tornar um complexo ainda mais estável.
O tempo de vida da ligação do inibidor neste complexo mais estável é maior do que o tempo de vida da bactéria. “Achamos que isso contribui para a potência, pois tem um efeito semipermanente na enzima”, disse ele. “Mesmo depois que a droga não ligada é metabolizada pelo organismo, a enzima ainda é inibida devido ao processo de dissociação do inibidor extremamente lento”, disse Zhou.
Existem várias patentes sendo registradas na série de compostos, e Toone e Zhou co-fundaram uma empresa chamada Valanbio Therapeutics, Inc. humanos.
“Todos esses estudos foram feitos em animais”, disse Zhou. “Em última análise, a segurança cardiovascular precisa ser testada em humanos.”
A síntese em grande escala de LPC-233 foi realizada pela primeira vez por David Gooden no Duke Small Molecule Synthesis Facility. Vance Fowler e Joshua Thaden (Duke School of Medicine), Ziqiang Guan (Bioquímica) e Ivan Spasojevic (Duke PK/PD Core) ajudaram com estudos in vivo, espectrometria de massa e análise farmacocinética.
Este trabalho foi financiado por doações do National Institutes of Health (R01 GM115355, AI094475, AI152896, AI148366), do North Carolina Biotechnology Center (2016-TEG-1501) e de um National Cancer Institute Comprehensive Cancer Center Core Grant (P30CA014236).
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