The project aims to address antimicrobial resistance in Gram-negative bacteria through efflux pump inhibitors (EPIs). Starting with berberine, a natural alkaloid, its ability to reduce the Minimal Inhibitory Concentration (MIC) of tobramycin in highly resistant strains of Pseudomonas aeruginosa was demonstrated. Berberine was found to strongly bind to the MexY protein within the MexXY-OprM efflux system, through computational techniques and in vitro microbiological assays. Derivatives of berberine were synthesized and functionalized at the C-13 position to enhance EPI activity and binding specificity. Computational analysis explored the binding modes of the synthesized derivatives. Inhibitory activity was tested through in vitro assays, using tobramycin. Results showed that chemical substitutions at C13 improve the compounds' specificity for the inhibition site more than berberine itself, aiding in reducing tobramycin MIC in laboratory and clinical strains with EP overexpression. The polymorphism of the MexY protein was considered to evaluate how ligands may be affected in their positioning, affinity, and stability within the binding pocket.

Rational drug design of new efflux pump inhibitors of Gram-negative bacteria: novel in silico/in vitro combined approach to overcome antimicrobial resistance / Giorgini, Giorgia. - (2024 Mar 06).

Rational drug design of new efflux pump inhibitors of Gram-negative bacteria: novel in silico/in vitro combined approach to overcome antimicrobial resistance.

GIORGINI, GIORGIA
2024-03-06

Abstract

The project aims to address antimicrobial resistance in Gram-negative bacteria through efflux pump inhibitors (EPIs). Starting with berberine, a natural alkaloid, its ability to reduce the Minimal Inhibitory Concentration (MIC) of tobramycin in highly resistant strains of Pseudomonas aeruginosa was demonstrated. Berberine was found to strongly bind to the MexY protein within the MexXY-OprM efflux system, through computational techniques and in vitro microbiological assays. Derivatives of berberine were synthesized and functionalized at the C-13 position to enhance EPI activity and binding specificity. Computational analysis explored the binding modes of the synthesized derivatives. Inhibitory activity was tested through in vitro assays, using tobramycin. Results showed that chemical substitutions at C13 improve the compounds' specificity for the inhibition site more than berberine itself, aiding in reducing tobramycin MIC in laboratory and clinical strains with EP overexpression. The polymorphism of the MexY protein was considered to evaluate how ligands may be affected in their positioning, affinity, and stability within the binding pocket.
6-mar-2024
Il progetto mira ad affrontare la resistenza antimicrobica nei batteri Gram-negativi tramite inibitori delle pompe di efflusso (EPI) con approccio computazionale e in vitro combianto. il ocmposto lead di partenza è la berberina, un alcaloide naturale per il quale si è dimostrata la capacità di riduzione della Concentrazione Minima Inibitoria (MIC) della tobramicina in ceppi altamente resistenti di Pseudomonas aeruginosa. attraverso le metodiche in silico è stato dimostrato il possibile meccanismo di inibizione verso un target proteico specifico, la proteina MexY all'interno del sistema di efflusso MexXY-OprM, di P.aeruginosa. Tale inibizione è stata poi validata mediante saggi microbiologici in vitro. Al fine di migliorare l'attività degli EPI e la loro specificità di legame sono stati sintetizzati e funzionalizzati derivati della berberina al C-13. L'analisi computazionale ha esplorato le modalità di legame dei derivati sintetizzati. L'attività inibitoria è stata testata attraverso saggi in vitro, utilizzando la tobramicina. I risultati mostrano che le sostituzioni chimiche al C13 migliorino la specificità dei composti per il sito di inibizione più della berberina stessa, contribuendo all'efficacia nel ridurre la MIC della tobramicina in ceppi di laboratorio e clinici con sovraespressione di EP. Anche il polimorfismo della proteina MexY è stato considerato, al fine di valutare come i ligandi possano essere influenzati nel loro posizionamento, affinità e stabilità all'interno della tasca di legame
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