Premethylenomycin C lactone: nou antibiotic activ împotriva Enterococcus rezistent la vancomicină, agent patogen prioritar OMS

Un studiu publicat în Journal of the American Chemical Society a investigat detaliat biosinteza metilenomicinei A, un antibiotic produs de Streptomyces coelicolor A3(2), demonstrând rolul enzimatic al unor gene-cheie implicate în sinteza acestuia. Studiul a fost realizat printr-o serie de deleții genetice țintite și analize metabolomice, oferind o perspectivă completă asupra traseului biosintetic și identificând noi compuși cu potențial antibiotic superior. 
Metilenomicina A este un antibiotic rar, cu activitate împotriva bacteriilor Gram-pozitive și a unor specii Gram-negative (Proteus spp). Metabolitul său precursor, metilenomicina C, precum și compuși înrudiți, au fost anterior identificați în diverse Streptomyces spp. Originea biosintetică a acestor compuși a fost elucidată prin experimente cu precursori marcați izotopic, iar regiunea genomică responsabilă pentru biosinteză a fost localizată pe plasmidul liniar SCP1.

Despre studiu

Obiectivul principal

S-a urmărit validarea experimentală a rolului enzimelor codificate de patru gene (mmyD, mmyE, mmyF, mmyO) în biosinteza metilenomicinei A.

Metodologie

• Genele au fost inactivate prin deleție in-frame pe un cosmid conținând întregul cluster biosintetic, folosind tehnica PCR-targeting.
• Cosmidele au fost introduse în tulpina S. coelicolor M145 (lipsită de plasmidul SCP1), iar producția de metaboliti a fost analizată prin LC-MS și NMR.
• Deleția genei represor mmyR a fost folosită pentru a crește randamentul de metilenomicină.

Aspecte esențiale ale designului experimental

• Reintroducerea genei mmyD într-o tulpină mutantă a restabilit sinteza metilenomicinei, confirmând rolul său în etapa inițială a biosintezei.
• Mutantul mmyE a acumulat doi compuși noi (5 și 6), ceea ce sugerează că MmyE este implicată în formarea grupării exometilenice a metilenomicinei C.
• În mutanții mmyF și mmyO, sinteza metilenomicinei A a fost complet abolită, confirmând că MmyO (monooxigenază flavin-dependentă) și MmyF (reductază flavinică) catalizează epoxidarea finală a metilenomicinei C în metilenomicină A.

Rezultate

Funcțiile enzimelor biosintetice

• MmyD: Enzimă esențială pentru formarea scheletului butenolidic; deleția sa oprește complet sinteza metilenomicinelor.
• MmyE: Presupusă flavoproteină structurală, implicată în eliminarea apei și formarea legăturii exometilenice din metilenomicina C.
• MmyF și MmyO: Colaborează pentru a transforma metilenomicina C în A printr-un mecanism de epoxidare dependent de oxigen molecular.

Descoperirea compușilor 5 și 6

În mutantul mmyE, au fost izolați doi compuși noi:

• 5 – Premethylenomycin C lactone: activitate antibacteriană puternică, cu MBC de 1–2 μg/mL contra Staphylococcus aureus (inclusiv MRSA) și Enterococcus faecium.
• 6 – Premethylenomycin C: precursor biosintetic direct al metilenomicinei C, convertibil spontan (prin lactonizare) în 5.

Activitatea antibacteriană a compusului 5 este de aproximativ 100 de ori mai mare decât a metilenomicinei A și C, iar tulpinile rezistente la antibiotice nu au putut dezvolta rezistență la 5 după 28 de zile de expunere succesivă.

Importanța farmacoforilor

Rezultatele indică faptul că gruparea exometilenică este esențială pentru activitatea metilenomicinei A și C. Totuși, 5 și 6 au o altă farmacoforă activă: lactona γ-butirolactonă, sugerând un mecanism de acțiune diferit.

Perspective biotehnologice și clinice

Dată fiind structura relativ simplă a compusului 5 și dificultatea dezvoltării de rezistență bacteriană, acesta poate deveni un lider molecular promițător în dezvoltarea de noi antibiotice împotriva bacteriilor Gram-pozitive multirezistente.

Concluzii

Studiul oferă dovezi directe privind funcția a patru gene-cheie din clusterul biosintetic al metilenomicinei și propune o cale biosintetică actualizată. Descoperirea compusului premethylenomycin C lactone (5) cu activitate antibiotică remarcabilă deschide noi direcții în căutarea de antibiotice inovatoare. Mai mult, rezultatele sugerează că moleculele intermediare din biosinteza antibioticelor pot fi mai eficiente decât produsul final, oferind un model conceptual valoros pentru explorarea metabolică dirijată.