Investigating the effectiveness of innovative antimicrobial molecules against bacterial species of clinical interest

The increasing rate of bacterial resistance to clinical antimicrobial agents and its impact on treatment of infectious diseases have begun a unique problem worldwide. The development of newer antimicrobials or with improved activity, is urgently needed, and the Novel Bacterial Topoisomerase Inhibitors (NBTIs) could represent a new class of relevant antibiotics targeting both bacterial DNA gyrase and topoisomerase IV. This work focused on the study of the effectiveness of a series of NBTIs synthesized by Angelini laboratories. Activity of the NBTIs against reference Gram-positive and -negative strains and multi-resistant clinical isolates has been investigated. All NBTIs showed greater activity in growth inhibition against Staphylococcus aureus. However, the bactericidal activity of different molecules was more evident against Escherichia coli. In time-kill studies, two molecules, 73013 and 73015, revealed as the most effective compounds. They also showed good in vitro antibacterial activity against clinical quinolone-resistant MRSA and multi-resistant Acinetobacter baumannii strains. Persistent suppression of bacterial growth after intermittent antimicrobial exposure was observed with each tested drug against all organisms. All strains exhibited a lag in the resumption of normal growth after 1h-exposure to 73015 and 73016 and this effect was comparable to that obtained with ciprofloxacin. The occurrence of resistance to 73015 and 73016 was also investigated in S. aureus. Sequencing analyses of DNA gyrase and topoisomerase IV encoding genes of mutants disclosed that the new molecules induced, by single-step mutations, modification in gyrA and gyrB genes. These findings confirmed the novel mechanism of action of the new compounds, compared to that of fluoroquinolones. These preliminary but promising results designate these molecules as potential candidates to develop a new broad-spectrum antimicrobial agent to be used against a wide range of bacterial pathogens.

L’aumento dell’antibiotico resistenza nei batteri e il conseguente impatto sul trattamento delle infezioni umane rappresentano uno dei principali problemi in tutto il mondo. Lo sviluppo di nuovi e più potenti farmaci è ormai urgente e i Nuovi Inibitori delle Topoisomerasi Batteriche (NBTIs) potrebbero rappresentare una classe di antibiotici importanti poichè in grado di agire contemporaneamente su due target microbici, la DNA girasi e la topoisomerasi IV. In questo studio una serie di NBTIs sintetizzata dai laboratori Angelini, è stata analizzata per la loro attività antimicrobica nei confronti di ceppi di collezione Gram- positivi e -negativi e di ceppi clinici multi-resistenti. Tutte le molecole dimostravano una maggiore capacità di inibire la crescita di Staphylococcus aureus. Tuttavia, l'attività battericida era più evidente nei confronti di Escherichia coli. Negli studi di time-kill, le molecole 73013 e 73015 possedevano un'attività battericida paragonabile ed erano i composti più efficaci. Esse inoltre dimostravano una buona attività antibatterica in vitro contro ceppi clinici multiresistenti di MRSA e di Acinetobacter baumannii. La soppressione della crescita batterica da parte di 73015 e 73016 si osservava dopo 1h di esposizione con tutti i ceppi testati e l'effetto post antibiotico era paragonabile a quello ottenuto con la ciprofloxacina. Le due molecole, rispetto alla ciprofloxacina, usate anche nella selezione di mutanti resistenti di S. aureus inducevano in primis mutazioni puntiformi, nei geni gyrA e gyrB. In conclusione i nuovi composti, possiedono un meccanismo di azione, diverso da quello dei fluorochinoloni, con una buona attività antibatterica in vitro nei confronti di ceppi multi-resistenti e fluorochinoloni resistenti. Questi risultati preliminari, ma molto promettenti, aprono la strada ad ulteriori studi per chiarire le potenzialità di questi NBTI nello sviluppo di nuovi antibiotici ad ampio spettro, contro una vasta gamma di batteri patogeni.