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

Sintesi Tecnica: Ripristino dell'efficacia dell'eritromicina tramite l'uso di adiuvanti riproposti

Problematica
La resistenza antimicrobica (AMR) rappresenta una critica minaccia per la salute globale, con patogeni multidrug-resistant (MDR) che rendono sempre più obsoleti gli antibiotici convenzionali. Un meccanismo primario che guida questa resistenza, in particolare nei batteri Gram-negativi come Acinetobacter baumannii, Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa, è la sovraespressione delle pompe di efflusso (specificamente della superfamiglia Resistance-nodulation-cell division [RND]). Queste pompe espellono attivamente antibiotici, tossine e altri substrati dalle cellule batteriche, spesso in un ciclo sinergico con la formazione di biofilm. La scoperta di nuovi antibiotici è ostacolata dagli elevati costi, dal basso ritorno sull'investimento e dagli alti tassi di abbandono. Di conseguenza, esiste un urgente bisogno di strategie alternative, come gli adiuvanti antibiotici — composti non antibiotici che inibiscono i meccanismi di resistenza come le pompe di efflusso per ripristinare l'efficacia di antibiotici esistenti, sebbene "obsoleti".

Metodologia
Questo studio ha impiegato un approccio multifasettico combinando saggi di suscettibilità in vitro, modelli animali in vivo e analisi computazionali in silico complete per valutare il potenziale di due farmaci riproposti, la desloratadina (un antistaminico) e il gluconato di zinco (un integratore di zinco), come inibitori delle pompe di efflusso (EPI) in combinazione con l'eritromicina.

• Screening In Vitro: Lo studio ha utilizzato saggi di diffusione su disco e test turbidimetrici basati su resazurina (determinazione della MIC) contro quattro ceppi batterici: E. coli ATCC-25922, A. baumannii NCTC-12156, P. aeruginosa ATCC-27853 e S. aureus ATCC-25923. Sono state testate varie combinazioni di antibiotici obsoleti e non-antibiotici per identificare effetti sinergici.
• Validazione In Vivo: È stato stabilito un modello murino di infezione polmonare indotta da A. baumannii in topi immunocompromessi (neutropenici). I gruppi sono stati trattati con eritromicina da sola, eritromicina combinata con desloratadina o eritromicina combinata con gluconato di zinco. I parametri clinici monitorati includevano variazioni del peso corporeo, conte totali dei globuli bianchi (WBC), indice del peso polmonare (LWI) e istopatologia polmonare.
• Analisi In Silico: Per elucidare il meccanismo d'azione, lo studio ha preso di mira la proteina AdeJ (PDB ID: 7M4P), una componente della pompa di efflusso AdeIJK in A. baumannii.
  • Predizione dei geni di resistenza: Lo strumento RGI del database CARD (Comprehensive Antibiotic Resistance Database) è stato utilizzato per identificare i geni di resistenza nel genoma di A. baumannii.
  • Docking Molecolare: Sono state analizzate le interazioni tra desloratadina, gluconato di zinco ed eritromicina (controllo) con la proteina AdeJ.
  • Simulazioni di Dinamica Molecolare (MD): Sono state condotte simulazioni di 100 ns per valutare la stabilità strutturale utilizzando RMSD, RMSF, Superficie Accessibile al Solvente (SASA) e Raggio di Girazione (Rg).
  • Analisi Energetica: Sono state eseguite analisi di Componente Principale (PCA), Paesaggio dell'Energia Libera (FEL) e calcoli MM/PBSA (Molecular Mechanics/Poisson–Boltzmann Surface Area) per valutare le energie libere di legame e la stabilità conformazionale.

Risultati Chiave

• Attività Sinergica: La combinazione di eritromicina con desloratadina o gluconato di zinco ha dimostrato una sinergia significativa contro i patogeni testati.
  • Riduzione della MIC: In A. baumannii, la MIC dell'eritromicina è scesa da 16 μg/mL a 1 μg/mL quando combinata con uno dei due adiuvanti. Riduzioni drastiche simili sono state osservate in E. coli (da 32 μg/mL a 1–2 μg/mL) e S. aureus (da 16 μg/mL a 0,5 μg/mL).
  • Zona di Inibizione: I saggi di diffusione su disco hanno confermato zone di inibizione potenziate per queste combinazioni rispetto all'eritromicina da sola.
• Efficacia In Vivo: Nel modello di infezione polmonare murina, le terapie combinate hanno superato la monoterapia con eritromicina.
  • Recupero Clinico: I topi trattati con le combinazioni hanno mostrato un recupero significativo del peso corporeo e il ripristino delle conte dei globuli bianchi rispetto al gruppo malato e al gruppo trattato solo con eritromicina.
  • Patologia: L'indice del peso polmonare (LWI) è stato significativamente ridotto nei gruppi di combinazione, indicando una diminuzione dell'infiammazione. L'analisi istopatologica ha rivelato che i trattamenti combinati hanno preservato meglio l'integrità alveolare e ridotto l'infiltrazione di cellule infiammatorie rispetto alla sola eritromicina, con la combinazione di desloratadina che mostrava una superiore preservazione della struttura tissutale.
• Meccanismo Computazionale:
  • Affinità di Legame: Il docking molecolare ha mostrato che la desloratadina e il gluconato di zinco si legano favorevolmente alla proteina AdeJ. La desloratadina ha formato nove interazioni idrofobiche, mentre il gluconato di zinco ha formato cinque legami a idrogeno con residui chiave.
  • Stabilità: Le simulazioni MD hanno indicato che il complesso desloratadina-AdeJ presentava la più alta stabilità strutturale (RMSD e RMSF più bassi) e manteneva una conformazione compatta (Rg stabile) durante l'intera simulazione di 100 ns.
  • Energia di Legame: L'analisi MM/PBSA ha rivelato che entrambi gli adiuvanti avevano energie libere di legame (ΔG) più favorevoli rispetto all'eritromicina: desloratadina (-20,37 ± 0,51 kcal/mol) e gluconato di zinco (-18,37 ± 0,46 kcal/mol) rispetto all'eritromicina (-12,37 ± 0,51 kcal/mol).
  • Stabilità Conformazionale: Le analisi PCA e FEL hanno suggerito che i complessi degli adiuvanti occupano bacini energetici stabili con minore variazione conformazionale rispetto al controllo, supportando l'ipotesi di un legame stabile dell'inibitore.

Significato e Rivendicazioni
Gli autori affermano che questo studio fornisce una validazione completa "dal banco al letto del paziente" (bench-to-bedside) di farmaci riproposti come adiuvanti antibiotici. Il significato primario risiede nel dimostrare che la desloratadina e il gluconato di zinco possono inibire efficacementamente le pompe di efflusso batteriche (specificamente AdeIJK in A. baumannii), ripristinando così la potenza dell'eritromicina contro i ceppi MDR.

Il documento sostiene che questa strategia offre un'alternativa promettente ed economica allo sviluppo di nuovi antibiotici. Mirando al meccanismo della pompa di efflusso, questi adiuvanti non solo resensibilizzano i batteri agli antibiotici esistenti, ma potenzialmente interrompono anche il ciclo biofilm-pompa di efflusso che sostiene le infezioni persistenti. Lo studio conclude che, sebbene siano necessarie ulteriori ricerche cliniche e validazioni biochimiche, la combinazione di eritromicina con desloratadina o gluconato di zinco rappresenta un candidato vitale per la terapia adiuvante per rigenerare l'efficacia degli antibiotici macrolidi di fronte alla crescente resistenza antimicrobica.