Design of Novel Penicillanic Acid Derivatives Targeting Resistant Bacterial Pathogens and Bacterial Extracellular Vesicles

Abstract

Enfeksiyon hastalıkları, özellikle dirençli bakteri türlerinin artışıyla birlikte küresel ölçekte önemli bir morbidite ve mortalite nedeni haline gelmiştir. Yaygın antibiyotik kullanımı ve hastane kökenli enfeksiyonların artışı sonucunda özellikle ESKAPE grubu patojenler (E. coli, S. aureus, K. pneumoniae, A. baumannii, P. aeruginosa ve E. faecium) olarak tanımlanan klinik açıdan kritik mikroorganizmalar arasında görülen çoklu ilaç direnci, mevcut tedavi seçeneklerinin etkinliğini belirgin şekilde azaltmaktadır. Bu nedenle yeni ve etkili antibakteriyel ajanların geliştirilmesi, acil bir klinik ve bilimsel gereklilik olarak ortaya çıkmaktadır.Bu proje kapsamında, β-laktam türevi penisilinlerin çekirdeği olan 6-aminopenisillanik asitten (6-APA) hareketle açil amino yan zincirinde aril ve/veya ariloksimetil sübstitüe 1,2,3-triazol halkası taşıyan yeni aday bileşiklerin rasyonel tasarımı gerçekleştirildi. Bakteri hücre duvarı peptidoglikanının çapraz bağlanmasını sağlayan ve β-laktam antibiyotiklerin temel hedefi olan penisilin bağlayıcı proteinler (PBP) çalışma hedefi olarak seçildi. Bu kapsamda klinik açıdan kritik patojenleri temsil eden beş farklı PBP yapısı değerlendirmeye alınmıştır (E. coli PBP2, S. aureus PBP1, K. pneumoniae PBP3, A. baumannii PBP1a ve P. aeruginosa PBP3). Tasarım sürecinde bu proteinlere karşı kovalent docking çalışmaları gerçekleştirildi ve sonuçlar referans ilaç amoksisilin ile karşılaştırıldı. Bağlanma skorları ve MM-GBSA ΔG bağlanma serbest enerjileri dikkate alınarak, daha yüksek potansiyel gösteren ve farklı türlerde ortak etki sergileyen 21 aday bileşik sentez için önceliklendirildi.Moleküler docking çalışmaları sonucunda biyolojik açıdan en yüksek potansiyeli gösteren 21 aday bileşiğin sentezi gerçekleştirilecek ve elde edilen yapıların kimyasal doğrulaması NMR, HRMS, IR ve HPLC gibi spektroskopik ve analitik tekniklerle yapılacaktır. Sentezlenen bu yeni bileşiklerin E. Coli, S. aureus, K. pneumoniae, A. baumannii, ve P. aeruginosa suşlarına karşı antibakteriyel etkinlikleri mikrodilüsyon ve disk difüzyon yöntemleri kullanılarak değerlendirilerek MIC değerleri belirlenecektir. Çalışmanın devamında, duyarlı ve dirençli bakteri suşlarında antibiyotik uygulaması öncesi ve sonrası bakteriyel ekstrasellüler veziküller (EV) izole edilerek EV profillerindeki değişimler araştırılacaktır. İzole edilen EV’lerin boyut ve konsantrasyon özellikleri Exoid tabanlı gelişmiş karakterizasyon yöntemleri ile analiz edilecek; morfoloji ve yapısal bütünlükleri ise TEM görüntüleme ile doğrulanacaktır.