Synthesis and discovery of direct Enoyl-ACP Reductase (InhA) inhibitors via in-silico studies and ADMET prediction for potent anti-tubercular activity

Immaginate il corpo umano come una città frenetica e, al suo interno, un invasore microscopico e testardo chiamato Mycobacterium tuberculosis che sta cercando di costruire una fortezza. Questo batterio è famoso per la sua parete esterna cerosa incredibilmente resistente, che funge da scudo contro molti antibiotici standard. Per costruire questa parete, i batteri utilizzano una squadra di costruzione speciale chiamata sistema FAS-II. Al centro di questa squadra c'è un caposquadra di nome InhA. Il lavoro di InhA è quello di stringere gli ultimi bulloni sui blocchi di costruzione della parete; senza di lui, la parete crolla e i batteri muoiono.

Per decenni, i medici hanno cercato di fermare questo caposquadra usando una strategia a "Cavallo di Troia". Inviato un farmaco chiamato Isoniazide, che sembra innocuo finché un enzima batterico specifico (KatG) non lo sblocca, trasformandolo in un'arma che blocca InhA. Tuttavia, i batteri hanno imparato a giocare sporco. Molti hanno mutato il loro enzima KatG, cambiando efficacemente la serratura in modo che il Cavallo di Troia non si apra mai. Ciò ha portato a una crisi di "superbatteri" che non possono essere uccisi dai vecchi medicinali. Gli scienziati stanno ora cercando un nuovo tipo di arma: un farmaco a "Colpo Diretto" che non abbia bisogno di una chiave per attivarsi. Esso deve solo avvicinarsi al caposquadra InhA e bloccare il lavoro immediatamente, indipendentemente dai trucchi dei batteri. Questa è la storia di un nuovo team di scienziati che sta cercando di progettare quei colpi diretti.

In uno studio recente, un team di ricercatori si è messo all'opera per costruire una squadra di dieci nuovi composti chimici, che hanno chiamato da VP101 a VP110. Pensateli come a dieci chiavi diverse, ognuna leggermente diversa nella forma, progettate per incastrarsi nell'ufficio del caposquadra InhA e chiudere la porta dall'interno. Gli scienziati non hanno solo tirato a indovinare; hanno utilizzato potenti simulazioni informatiche per vedere quanto bene ogni chiave si sarebbe incastrata prima ancora di costruirle in un laboratorio.

I risultati sono stati entusiasmanti. Due delle chiavi, VP107 e VP109, sono state le vere campionesse. Nelle simulazioni al computer, si sono agganciate all'enzima InhA con una forza incredibile, mostrando energie di legame di −13,93 kcal/mol e −13,14 kcal/mol, rispettivamente. Per mettere le cose in prospettiva, i farmaci di "riserva" standard con cui i ricercatori li hanno confrontati, Triclosan ed Etambutolo, avevano una presa molto più debole, con punteggi di soli −8,67 kcal/mol e −7,15 kcal/mol. Le nuove chiavi erano così brave a bloccare la porta che i ricercatori hanno calcolato che potrebbero fermare l'enzima a concentrazioni incredibilmente basse, misurate in picomoli (trilionesimi di mole).

Perché VP107 e VP109 sono state così di successo? Le simulazioni hanno rivelato che erano come maestri fabbri della serratura. Non si sono limitate a sedersi sulla sedia; hanno afferrato parti specifiche del macchinario dell'enzima (amminoacidi come Gly14, Gly40 e Phe41) usando una combinazione di legami a idrogeno e "morsetti" idrofobici. VP107, la stella dello spettacolo, ha persino utilizzato un'interazione speciale a base di fluoro per incastrarsi in posizione, imitando gli acidi grassi naturali su cui l'enzima solitamente lavora. Poiché questi nuovi farmaci agiscono direttamente sull'enzima, non hanno bisogno dell'enzima KatG dei batteri per attivarsi. Ciò significa che possono aggirare la resistenza che rende inutile l'Isoniazide.

Tuttavia, la storia non è ancora una vittoria completa. Sebbene i modelli informatici suggerissero che questi farmaci verrebbero assorbiti bene dall'organismo e non causerebbero problemi cardiaci, le simulazioni hanno anche sollevato alcuni segnali d'allarme. I ricercatori hanno scoperto che la maggior parte dei nuovi composti potrebbe essere tossica per il fegato e potrebbe potenzialmente danneggiare il DNA (genotossicità). Inoltre, i farmaci sembravano scomparire dal corpo molto rapidamente, con emivite inferiori a un'ora per la maggior parte di essi, il che potrebbe rendere difficile mantenere i batteri sotto controllo per lungo tempo.

Gli autori suggeriscono che, sebbene VP107 sia un candidato "lead" molto promettente — un punto di partenza per una nuova generazione di trattamenti per la tubercolosi — non è un prodotto finito. Il team ritiene che, modificando la struttura chimica per risolvere i problemi di tossicità epatica e del DNA, potrebbero creare un farmaco potente ad azione diretta capace di sconfiggere i ceppi di tubercolosi resistenti ai farmaci che sono attualmente così difficili da trattare. Per ora, il documento mostra che questi nuovi composti triazolopiridinici sono un forte contendente nella corsa per superare in astuzia i batteri, a condizione che si possano superare gli ostacoli relativi alla sicurezza.