Даптомицин , продаваемый, среди прочего, под торговой маркой Кубицин , представляет собой липопептидный антибиотик , используемый для лечения системных и опасных для жизни инфекций, вызванных грамположительными микроорганизмами. [4]
Даптомицин был исключен из Списка основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения в 2019 году. [7] [8] Всемирная организация здравоохранения классифицирует даптомицин как критически важный для медицины человека. [9]
В США даптомицин показан для применения у взрослых при инфекциях кожи и структур кожи , вызванных грамположительными инфекциями, бактериемией, вызванной S. aureus , и правостороннем эндокардите, вызванном S. aureus . [4] Он прочно связывается с легочным сурфактантом , поэтому его нельзя использовать при лечении пневмонии. [10] Кажется, существует разница в действии даптомицина на гематогенную пневмонию. [11]
Общие побочные реакции, связанные с терапией даптомицином, включают: [4] [12]
Менее распространенные, но серьезные побочные эффекты, о которых сообщалось в литературе, включают:
Также сообщалось о миопатии и рабдомиолизе у пациентов, одновременно принимавших статины [15] , но неизвестно, связано ли это исключительно со статинами или же даптомицин усиливает этот эффект. Из-за ограниченности имеющихся данных производитель рекомендует временно прекратить прием статинов, пока пациент получает терапию даптомицином. Уровни креатинкиназы обычно проверяют регулярно, пока люди проходят терапию даптомицином. [ нужна цитата ]
В июле 2010 года FDA выпустило предупреждение о том, что даптомицин может вызвать опасную для жизни эозинофильную пневмонию . FDA заявило, что выявило семь подтвержденных случаев эозинофильной пневмонии в период с 2004 по 2010 год и еще 36 возможных случаев. Все семь подтвержденных случаев были старше 60 лет, и симптомы появились в течение двух недель после начала терапии. [ нужна цитата ]
Даптомицин имеет особый механизм действия, нарушая множество аспектов функции мембран бактериальных клеток . Он внедряется в клеточную мембрану зависимым от фосфатидилглицерина способом, где затем агрегирует. Агрегация даптомицина изменяет кривизну мембраны, в результате чего образуются отверстия, через которые утекают ионы. Это вызывает быструю деполяризацию , приводящую к потере мембранного потенциала, что приводит к ингибированию синтеза белка , ДНК и РНК , что приводит к гибели бактериальных клеток. [16]
Было высказано предположение, что образование сферических мицелл [17] даптомицином может влиять на механизм действия.
Даптомицин бактерициден только в отношении грамположительных бактерий. Он доказал активность in vitro в отношении энтерококков (включая энтерококки, устойчивые к гликопептидам (GRE)), стафилококков (включая устойчивый к метициллину Staphylococcus aureus ), стрептококков , [18] коринебактерий и персистеров Borrelia burgdorferi в стационарной фазе . [19]
Устойчивость к даптомицину все еще встречается редко, [ когда? ] , но все чаще сообщалось о GRE, начиная с Кореи в 2005 году, в Европе в 2010 году, на Тайване в 2011 году и в США, где с 2007 по 2011 год было зарегистрировано девять случаев. [20] Устойчивость к даптомицину возникла в пяти из шесть случаев во время лечения. Механизм сопротивления неизвестен. Было обнаружено , что штамм Paenibacillus возрастом четыре миллиона лет , выделенный из образцов почвы в пещере Лечугилла, обладает естественной устойчивостью к даптомицину. [21]
Высказано предположение, что одновременный прием даптомицина хотя бы с другим активным антибиотиком может помочь предотвратить возникновение резистентности и усилить бактерицидный эффект. [22] Данные исследований in vitro и in vivo позволяют предположить, что следует использовать индивидуальный подход с учетом как возбудителя, так и места заражения. [23]
Было показано, что даптомицин не уступает стандартным методам лечения ( нафциллин , оксациллин , флуклоксациллин или ванкомицин ) при лечении бактериемии и правостороннего эндокардита, вызванных S. aureus . [24] Исследование, проведенное в Детройте, штат Мичиган, сравнило 53 пациента, получавших даптомицин по поводу подозрения на MRSA- инфекцию кожи или мягких тканей, с ванкомицином, показав более быстрое выздоровление (4 против 7 дней) при применении даптомицина. [25]
В клинических исследованиях фазы III ограниченные данные показали, что даптомицин связан с плохими исходами у пациентов с левосторонним эндокардитом. [ нужна цитация ] Даптомицин не изучался у пациентов с эндокардитом протезного клапана или менингитом. [26]
Даптомицин — циклический липопептидный антибиотик, продуцируемый Streptomyces filamentosus . [28] [29] Даптомицин состоит из 13 аминокислот, 10 из которых расположены циклически, а три - на экзоциклическом хвосте. В препарате присутствуют две непротеиногенные аминокислоты: необычная аминокислота L-кинуренин (Kyn), известная только по даптомицину, и L-3-метилглутаминовая кислота (mGlu). N-конец экзоциклического остатка триптофана соединен с декановой кислотой, жирной кислотой со средней длиной цепи (C10). Биосинтез инициируется связыванием декановой кислоты с N-концевым триптофаном с последующим связыванием остальных аминокислот с помощью механизмов нерибосомальной пептидной синтетазы (NRPS). Наконец, происходит событие циклизации, которое катализируется ферментом тиоэстеразы, и обеспечивается последующее высвобождение липопептида. [ нужна цитата ]
NRPS, ответственный за синтез даптомицина, кодируется тремя перекрывающимися генами : dptA, dptBC и dptD . Гены dptE и dptF , расположенные непосредственно перед dptA , вероятно , участвуют в инициации биосинтеза даптомицина путем связывания декановой кислоты с N-концевым Trp. [30] Эти новые гены (dptE, dptF) соответствуют продуктам, которые, скорее всего, работают в сочетании с уникальным доменом конденсации , ацилируя первую аминокислоту (триптофан). Считается , что эти и другие новые гены ( dptI, dptJ ) участвуют в поставке непротеиногенных аминокислот L-3-метилглутаминовой кислоты и Kyn; они расположены рядом с генами NRPS. [30]
Часть даптомицина, состоящая из декановой кислоты, синтезируется с помощью синтазной машины жирных кислот (рис. 2). Посттрансляционная модификация апоацильного белка-переносчика (ACP, тиолирование или T-домен) ферментом фосфопантетеинилтрансферазой (PPTase) катализирует перенос гибкого фосфопантетеинового плеча от кофермента A к консервативному серину в домене ACP посредством фосфодиэфирной связи. . Голо-АСР может обеспечить тиол, на котором субстрат и ацильные цепи ковалентно связаны во время удлинения цепи. Двумя основными каталитическими доменами являются ацилтрансфераза (АТ) и кетосинтаза (KS). АТ действует на субстрат малонил-КоА и переносит ацильную группу на тиол домена ACP. Это чистое транстиолирование является энергетически нейтральным шагом. Затем ацил-S-ACP транстиолируется до консервативного цистеина на KS; KS декарбоксилирует расположенный ниже малонил-S-ACP и образует β-кетоацил-S-ACP. Это служит субстратом для следующего цикла элонгации. Однако перед началом следующего цикла β-кетогруппа подвергается восстановлению до соответствующего спирта, катализируемому доменом кеторедуктазы, с последующей дегидратацией до олефина, катализируемой доменом дегидратазы, и, наконец, восстановлению до метилена, катализируемым доменом еноилредуктазы. Каждый каталитический цикл KS приводит к чистому добавлению двух атомов углерода. После еще трех итераций элонгации фермент тиоэстераза катализирует гидролиз и, таким образом, высвобождение свободной жирной кислоты C-10. [ нужна медицинская ссылка ]
Для синтеза пептидной части даптомицина используется механизм NRPS. Биосинтетический механизм системы NRPS состоит из многомодульных ферментативных сборочных линий, которые содержат по одному модулю для каждого включенного мономера аминокислоты. [31] Внутри каждого модуля имеются каталитические домены, которые осуществляют удлинение растущей пептидильной цепи. Растущий пептид ковалентно связан с тиолирующим доменом; здесь его называют белком-переносчиком пептидила, поскольку он переносит растущий пептид от одного каталитического домена к другому. Опять же, домен апо-Т должен быть примирован к домену голо-Т с помощью PPTазы, присоединяя гибкое фосфопантетеиновое плечо к консервативному остатку серина. Домен аденилирования выбирает мономер аминокислоты для включения и активирует карбоксилат с помощью АТФ с образованием аминоацил-АМФ. Затем домен А устанавливает аминоацильную группу на тиолате соседнего Т-домена. Домен конденсации (C) катализирует реакцию образования пептидной связи, которая вызывает удлинение цепи. Он соединяет вышестоящий пептидил-ST с нижестоящим аминоацил-ST (рис. 7). Удлинение цепи на один аминоацильный остаток и транслокация цепи в следующий Т-домен происходят согласованно. Порядок этих доменов — CAT. В некоторых случаях домен эпимеризации необходим в тех модулях, где мономеры L-аминокислот должны быть включены и эпимеризованы в D-аминокислоты. Доменная организация в таких модулях — CATE. [31]
Первый модуль имеет трехдоменную CAT-организацию; они часто происходят на сборочных линиях, производящих N-ацилированные пептиды. [31] Первый домен C катализирует N-ацилирование инициирующей аминокислоты (триптофана), пока он установлен на T. Аденилирующий фермент (Ad) катализирует конденсацию декановой кислоты и N-концевого триптофана, который включает декановую кислоту в растущий пептид (рис. 3). Генами, ответственными за это событие связывания, являются dptE и dptF, которые расположены выше dptA, первого гена кластера генов биосинтеза даптомицина NRPS. Как только происходит присоединение декановой кислоты к N-концевому остатку триптофана, начинается конденсация аминокислот, катализируемая NRPS. [ нужна медицинская ссылка ]
Первые пять модулей NRPS кодируются геном dptA и катализируют конденсацию L-триптофана, D-аспарагина, L-аспартата, L-треонина и глицина соответственно (рис. 4). Модули 6–11, которые катализируют конденсацию L-орнитина, L-аспартата, D-аланина, L-аспартата, глицина и D-серина, кодируются геном dptBC (рис. 5). dptD катализирует включение в растущий пептид двух непротеиногенных аминокислот, L-3-метилглутаминовой кислоты (mGlu) и Kyn, который пока известен только даптомицину (рис. 6). [29] Удлинение с помощью этих модулей NRPS в конечном итоге приводит к макроциклизации и высвобождению, при котором α-аминогруппа, а именно треонин, действует как внутренний нуклеофил во время циклизации, образуя кольцо из 10 аминокислот (рис. 6). Терминальный модуль на сборочной линии NRPS имеет организацию CAT-TE. Домен тиоэстеразы катализирует обрыв цепи и высвобождение зрелого липопептида. [31]
Молекулярная инженерия даптомицина, единственного на сегодняшний день кислого липопептидного антибиотика, представленного на рынке (рис. 8), добилась большого прогресса с момента его появления в клинической медицине в 2003 году. [32] Он является привлекательной мишенью для комбинаторного биосинтеза по многим причинам: производные второго поколения в настоящее время находятся в клинике на доработке; [33] Streptomycesroseosporus , организм-продуцент даптомицина, поддается генетическим манипуляциям; [34] кластер генов биосинтеза даптомицина был клонирован, секвенирован и экспрессирован в S. lividans ; [33] механизм биосинтеза липопептидов может быть прерван вариациями природных предшественников, а также биосинтезом, управляемым предшественниками, делецией генов, генетическим обменом и обменом модулей; [34] были разработаны инструменты молекулярной инженерии для облегчения экспрессии трех отдельных генов NRPS из трех разных участков хромосомы с использованием ermEp* для экспрессии двух генов из эктопических локусов; [35] другие кластеры генов липопептидов, как родственные, так и не связанные с даптомицином, были клонированы и секвенированы, [27] таким образом были получены гены и модули, позволяющие генерировать гибридные молекулы; [34] производные могут быть получены путем химиоферментативного синтеза; [36] и, наконец, усилия медицинской химии способны дополнительно модифицировать эти продукты молекулярной инженерии. [33]
Новые производные даптомицина (рис. 9) первоначально были получены путем замены третьей субъединицы NRPS ( dptD ) на концевые субъединицы A54145 (фактор B1) или кальций-зависимых путей антибиотикотерапии для создания молекул, содержащих Trp13, Ile13 или Val13. [37] dptD отвечает за включение в цепь предпоследней аминокислоты, 3-метилглутаминовой кислоты (3mGlu12), и последней аминокислоты, Kyn13. Этот обмен был достигнут без создания мест стыковки межпептидов. Эти замены целых субъединиц сочетались с делецией гена Glu12-метилтрансферазы, с заменами модулей во внутридоменных линкерных сайтах Ala8 и Ser11, а также с вариациями боковых цепей природных жирных кислот с образованием более 70 новых липопептидов в значительных количествах; большинство из этих полученных липопептидов обладают мощной антибактериальной активностью. [27] [37] Некоторые из этих соединений обладают in vitro антибактериальной активностью, аналогичной даптомицину. Кроме того, один из них продемонстрировал улучшенную активность против мутанта E. coli , у которого была дефектная способность собирать присущий ему липополисахарид. Выход ряда этих соединений колебался от 100 до 250 мг/л; это, конечно, открывает возможность успешного расширения масштабов производства с помощью методов ферментации. На данный момент исследован лишь небольшой процент возможных комбинаций аминокислот в пептидном ядре. [38]
Даптомицин, первоначально обозначенный как LY 146032, был обнаружен исследователями компании Eli Lilly and Company в конце 1980-х годов из актиномицета Streptomycesroseosporus . LY 146032 показал себя многообещающим в клинических испытаниях фазы I/II для лечения инфекций, вызванных грамположительными микроорганизмами. Лилли прекратила разработку, поскольку терапия высокими дозами была связана с побочными эффектами на скелетные мышцы, включая миалгию . [39] [40]
Права на LY 146032 были приобретены компанией Cubist Pharmaceuticals в 1997 году, которая после одобрения Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в сентябре 2003 года для использования у людей старше 18 лет начала продавать препарат под торговым названием Cubicin. Кубицин продается в ЕС и ряде других стран компанией Novartis после покупки Chiron Corporation , предыдущего лицензиата. [40] [41]