Síntesis Inhibidores de Metalobetalactamasas

Investigadores: Graciela Mahler(PI), Cecilia Saiz, Danilo Davyt, Estudiantes de posgrado: Verónica Martínez, Valentina Villamil

En esta línea de investigación se trabaja en relación al problema de la resistencia bacteriana a los antibióticos betalactámicos,  un importante problema de salud pública, sobre todo debido a su utilización masiva, tanto en ambientes nosocomiales así como en suplementos alimentarios para animales destinados a consumo humano.[1] Las infecciones causadas por organismos resistentes poseen una importante morbilidad y mortalidad a nivel mundial. Los costos adicionales asociados a las infecciones causadas por microorganismos resistentes en comparación con los organismos susceptibles se estiman entre $ 21 a 34 mil millones anuales en USA.[2]

La producción de β-lactamasas es el principal mecanismo de resistencia a los antibióticos β-lactámicos (ABL). Estas enzimas se pueden agrupar en  dos grandes categorías, aquellas que poseen un residuo de serina en su sitio activo, son las de clase A, C y D y las que presentan uno o dos iones zinc (Zn+2) como cofactor que son las metalobetalactamasas (MBLs) o clase B. Las metalobetalactamasas son enzimas  que catalizan la hidrólisis de todas las familias de ABL, con la excepción de las monobactamas, esto incluye a las penicilinas, cefalosporinas, carbapenemos y los inhibidores de SBL.1  . 

Nuestro grupo de trabajo ha obtenido  estructuras cristalinas de los complejos de MBL:L-CS319, para  las tres principales subclases de MBLs, para la serie L y D de compuestos. Esto permitió observar  que las BTZ utilizan cuatro modos diferentes de unión al sitio activo de las diferentes enzimas. 

Estos datos estructurales indican claramente que estos compuestos, diseñados como análogos al sustrato, fueron capaces de inactivar a MBLs de diferentes subclases variando su modo de unión al sitio activo. Eso revela que dicho modo es único y característico para este tipo de estructuras,  y que varían según la enzima diana y del enantiómero BTZ utilizado.[3]

Los compuestos presentaron actividad contra microorganismos Gram (-) que expresan NDM-1: Klesiella pneumoniae, Acinetobacter baumanii, Providencia rettgeri, aisladas de casos clínicos.[4-5]

Las BTZ fueron activas contra S. maltophilia un microorganismo patógeno oportunista que afecta a pacientes comprometidos que padecen de fibrosis cística pulmonar. S. maltophilia es un organismo resistente con actividad incrementada de la bomba de eflujo, produce dos lactamasas de la subclase B3 inducibles (L1 y L2), estos factores le confieren resistencia a la mayoría de los ATB. Las BTZ mostraron capacidad para restaurar la eficacia de los ATB contra éste microorganismo asilado de casos hospitalarios.[6-7]

Mas recientemente hemos preparado mercaptometil thiazolidinas MMTZ, su diseño  se basó en su similitud estructural con el producto de hidrólisis de las penicilinas al ser catalizado por las MBL. Los compuestos fueron activos contra las e subclases de MBL.[8]

Colaboradores

  • Alejandro Vila (IBR-UNR Argentina).
  • Robert Bonomo (Cleveland, MD – Case Western Reserve University School of Medicine, USA).
  • Jim Spencer (University of Bristol, U.K).

Referencias

[1] D. van Duin, K. S. Kaye, E. A. Neuner, R. A. Bonomo, Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae: a review of treatment and outcomes. Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 2013, 75, 115–120.

[2] B. Spellberg, M. Blaser, Combating antimicrobial resistance: policy recommendations to save lives. Clin. Infect. Dis., 2011, 52(5), S397-S428

[3] González, M.M., Kosmopoulou, M., Mojica, M.F., Castillo, V., Hinchliffe, P., Pettinati, I., Brem, J., Schofield, C.J., Mahler, G., Bonomo, R.A., Llarrull, L.I., Spencer, J., Vila, A.J. Bisthiazolidines: A Substrate-Mimicking Scaffold as an Inhibitor of the NDM-1 Carbapenemase. ACS Infectious Diseases 2015, 1, 544-554.

[4] Exploring the Role of Residue 228 for Substrate and Inhibitor Recognition by VIM Metallo -β-Lactamases. Mojica, M.; Mahler, SG; Bethel, C; Taracila, M; Kosmopoulou, M; Papp-Wallace, K; Llarrull, L; Wilson, B; Marshall, S; Wallace, C; Villegas, M; Harris, M; Vila, A; Spencer, J; Bonomo, R, Biochemistry, 2015, 54, 20, 3183.

[5] Hinchliffe, P., González, M.M., Mojica, M.F., González, J.M., Castillo, V., Saiz, C., Kosmopoulou, M., Tooke, C.L., Llarrull, L.I., Mahler, G., Bonomo, R.A., Vila, A.J., & Spencer, J. Cross-class metallo-β-lactamase inhibition by bisthiazolidines reveals multiple binding modes. Proc Natl Acad Sci USA 2016, 113, E3745-54.

[7] Enantioselective synthesis of new oxazolidinylthiazolidines as enzyme inhibitors, Tetrahedron: Asymmetry C. Saiz, V Villamil, M. M. González, M A Rossi, L. Martínez, L. Suescun, A.J. Vila, G. Mahler, Tetrahedron: Asymmetry 2017, 28, 110-117

[8] Rossi, M. A.; Martínez, V.; Castillo, V.; Hinchliffe, P.; Mojica, M. F.; Moreno, D. M.; Spellberg, B.; Drusano, D. L.; Smit, R.; Spencer, J.; Banchio, C.; Bonomo, R. A.; Vila, A.; Mahler,G. S.;
2-Mercaptomethyl-thiazolidines use conserved aromatic p-S interactions to achieve broad-range inhibition of metallo-b-lactamases.”.
Chemical Science, 2021, 12, 2898 – 2908. DOI:10.1039/D0SC05172A

Proyectos financiados

  • ANII Fondo María Viñas «Diseño Racional de Nuevos Inhibidores de Metalobetalactamasas”,  FMV_1_2014_1_104234 G. Mahler (PI), C. Saiz, V Martínez, 2015-17.
  • Comisión Sectorial de Investigación Científica (CSIC). Síntesis y evaluación biológica de potenciales quimioterápicos. E. Manta (PI), G. Serra (PI),  D. Davyt, G Mahler, L. Scarone. Grupos 2015-2019.
  • National Institutes of Health, R01 AI100560 Bonomo (PI) Role: Co-Investigator 6 A Mechanism-Based Approach to Metallo-β−Lactamase Inhibition 2028-23.