Restoring erythromycin efficacy by the repurposed drugs desloratadine and zinc gluconate as adjuvants via bacterial efflux pump inhibition

Résumé technique : Restauration de l'efficacité de l'érythromycine via des adjuvants repositionnés

Énoncé du problème
La résistance antimicrobienne (RAM) constitue une menace critique pour la santé mondiale, les agents pathogènes multirésistants (MDR) rendant de plus en plus obsolètes les antibiotiques conventionnels. Un mécanisme principal de cette résistance, particulièrement chez les bactéries à Gram négatif comme Acinetobacter baumannii, Escherichia coli et Pseudomonas aeruginosa, est la surexpression des pompes d'efflux (spécifiquement la superfamille RND [Resistance-nodulation-cell division]). Ces pompes expulsent activement les antibiotiques, les toxines et d'autres substrats hors des cellules bactériennes, souvent de manière synergique avec la formation de biofilms. La découverte de nouveaux antibiotiques est entravée par des coûts élevés, un faible retour sur investissement et des taux d'attrition élevés. Par conséquent, il existe un besoin urgent de stratégies alternatives, telles que les adjuvants antibiotiques — des composés non antibiotiques qui inhibent les mécanismes de résistance comme les pompes d'efflux pour restaurer l'efficacité des antibiotiques existants, bien qu'« obsolètes ».

Méthodologie
Cette étude a employé une approche multidimensionnelle combinant des essais de susceptibilité in vitro, des modèles animaux in vivo et des analyses computationnelles in silico approfondies pour évaluer le potentiel de deux médicaments repositionnés, la desloratadine (un antihistaminique) et le gluconate de zinc (un supplément de zinc), en tant qu'inhibiteurs de pompes d'efflux (EPI) lorsqu'ils sont combinés à l'érythromycine.

• Criblage in vitro : L'étude a utilisé des tests de diffusion sur disque et des tests turbidimétriques basés sur la résazurine (détermination de la CMI) contre quatre souches bactériennes : E. coli ATCC-25922, A. baumannii NCTC-12156, P. aeruginosa ATCC-27853 et S. aureus ATCC-25923. Diverses combinaisons d'antibiotiques obsolètes et de non-antibiotiques ont été testées pour identifier les effets synergiques.
• Validation in vivo : Un modèle de souris d'infection pulmonaire induite par A. baumannii a été établi sur des souris immunodéprimées (neutropéniques). Les groupes ont été traités avec de l'érythromycine seule, de l'érythromycine combinée à la desloratadine, ou de l'érythromycine combinée au gluconate de zinc. Les paramètres cliniques surveillés comprenaient les variations de poids corporel, les numérations totales de globules blancs (WBC), l'indice de poids pulmonaire (LWI) et l'histopathologie pulmonaire.
• Analyse in silico : Pour élucider le mécanisme d'action, l'étude a ciblé la protéine AdeJ (PDB ID : 7M4P), un composant de la pompe d'efflux AdeIJK chez A. baumannii.
  • Prédiction des gènes de résistance : L'outil CARD (Comprehensive Antibiotic Resistance Database) RGI a été utilisé pour identifier les gènes de résistance dans le génome d'A. baumannii.
  • Docking moléculaire : Les interactions entre la desloratadine, le gluconate de zinc et l'érythromycine (contrôle) avec la protéine AdeJ ont été analysées.
  • Simulations de dynamique moléculaire (MD) : Des simulations de 100 ns ont été réalisées pour évaluer la stabilité structurelle via l'écart type de la racine carrée moyenne (RMSD), la fluctuation de la racine carrée moyenne (RMSF), la surface accessible au solvant (SASA) et le rayon de giration (Rg).
  • Analyse énergétique : Les analyses de l'analyse en composantes principales (PCA), du paysage énergétique libre (FEL) et du MM/PBSA (Molecular Mechanics/Poisson–Boltzmann Surface Area) ont été effectuées pour évaluer les énergies libres de liaison et la stabilité conformationnelle.

Résultats clés

• Activité synergique : La combinaison de l'érythromycine avec soit la desloratadine, soit le gluconate de zinc a démontré une synergie significative contre les agents pathogènes testés.
  • Réduction de la CMI : Dans A. baumannii, la CMI de l'érythromycine est tombée de 16 μg/mL à 1 μg/mL lorsqu'elle était combinée avec l'un ou l'autre des adjuvants. Des réductions spectaculaires similaires ont été observées dans E. coli (de 32 μg/mL à 1–2 μg/mL) et S. aureus (de 16 μg/mL à 0,5 μg/mL).
  • Zone d'inhibition : Les tests de diffusion sur disque ont confirmé des zones d'inhibition accrues pour ces combinaisons par rapport à l'érythromycine seule.
• Efficacité in vivo : Dans le modèle d'infection pulmonaire de la souris, les thérapies combinées ont surpassé la monothérapie par l'érythromycine.
  • Récupération clinique : Les souris traitées avec les combinaisons ont montré une récupération significative du poids corporel et une restauration des numérations de globules blancs (WBC) par rapport au groupe malade et au groupe traité uniquement par l'érythromycine.
  • Pathologie : L'indice de poids pulmonaire (LWI) a été significativement réduit dans les groupes de combinaison, indiquant une diminution de l'inflammation. L'analyse histopathologique a révélé que les traitements combinés préservaient l'intégrité alvéolaire et réduisaient l'infiltration de cellules inflammatoires plus efficacement que l'érythromycine seule, la combinaison avec la desloratadine montrant une préservation supérieure de la structure tissulaire.
• Mécanisme computationnel :
  • Affinité de liaison : Le docking moléculaire a montré que la desloratadine et le gluconate de zinc se lient favorablement à la protéine AdeJ. La desloratadine a formé neuf interactions hydrophobes, tandis que le gluconate de zinc a formé cinq liaisons hydrogène avec des résidus clés.
  • Stabilité : Les simulations MD ont indiqué que le complexe desloratadine-AdeJ présentait la plus grande stabilité structurelle (RMSD et RMSF les plus faibles) et maintenait une conformation compacte (Rg stable) tout au long de la simulation de 100 ns.
  • Énergie de liaison : L'analyse MM/PBSA a révélé que les deux adjuvants possédaient des énergies libres de liaison (ΔG) plus favorables que l'érythromycine : desloratadine (-20,37 ± 0,51 kcal/mol) et gluconate de zinc (-18,37 ± 0,46 kcal/mol) par rapport à l'érythromycine (-12,37 ± 0,51 kcal/mol).
  • Stabilité conformationnelle : Les analyses PCA et FEL suggèrent que les complexes d'adjuvants occupent des bassins d'énergie stables avec moins de variation de conformation par rapport au contrôle, soutenant l'hypothèse d'une liaison d'inhibiteur stable.

Signification et revendications
Les auteurs affirment que cette étude fournit une validation complète « du laboratoire au chevet du patient » de médicaments repositionnés comme adjuvants antibiotiques. La principale signification réside dans la démonstration que la desloratadine et le gluconate de zinc peuvent inhiber efficacement les pompes d'efflux bactériennes (spécifiquement AdeIJK chez A. baumannii), restaurant ainsi la puissance de l'érythromycine contre les souches MDR.

L'article pose que cette stratégie offre une alternative prometteuse et rentable au développement de nouveaux antibiotiques. En ciblant le mécanisme de la pompe d'efflux, ces adjuvants ne font pas que resensibiliser les bactéries aux antibiotiques existants, ils peuvent également perturber le cycle biofilm-pompe d'efflux qui soutient les infections persistantes. L'étude conclut que, bien que des recherches cliniques et une validation biochimique supplémentaires soient nécessaires, la combinaison de l'érythromycine avec la desloratadine ou le gluconate de zinc représente un candidat viable pour une thérapie adjuvante afin de régénérer l'efficacité des antibiotiques de la famille des macrolides face à la montée de la résistance antimicrobienne.