Imitation of β-lactam binding enables broad-spectrum metallo-β-lactamase inhibitors

化学 内酰胺 模仿 抗生素 β-内酰胺 广谱 光谱(功能分析) 立体化学 组合化学 生物化学 生物 神经科学 量子力学 物理
作者
Jürgen Brem,Tharindi Panduwawala,Jon Hansen,Joanne F. M. Hewitt,Edgars Liepinsh,Pavel A. Donets,Laura Espina,Alistair J. M. Farley,Kirill Shubin,Gonzalo Gómez‐Campillos,Paula Kiuru,Shifali Shishodia,Daniel Krahn,Robert K. Leśniak,Juliane Schmidt,Karina Calvopiña,María-Carmen Turrientes,Madeline E. Kavanagh,Dmitrijs Lubriks,Philip Hinchliffe
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 15-24 被引量:78
标识
DOI:10.1038/s41557-021-00831-x
摘要

Carbapenems are vital antibiotics, but their efficacy is increasingly compromised by metallo-β-lactamases (MBLs). Here we report the discovery and optimization of potent broad-spectrum MBL inhibitors. A high-throughput screen for NDM-1 inhibitors identified indole-2-carboxylates (InCs) as potential β-lactamase stable β-lactam mimics. Subsequent structure–activity relationship studies revealed InCs as a new class of potent MBL inhibitor, active against all MBL classes of major clinical relevance. Crystallographic studies revealed a binding mode of the InCs to MBLs that, in some regards, mimics that predicted for intact carbapenems, including with respect to maintenance of the Zn(II)-bound hydroxyl, and in other regards mimics binding observed in MBL–carbapenem product complexes. InCs restore carbapenem activity against multiple drug-resistant Gram-negative bacteria and have a low frequency of resistance. InCs also have a good in vivo safety profile, and when combined with meropenem show a strong in vivo efficacy in peritonitis and thigh mouse infection models. The efficacy of carbapenem antibiotics can be compromised by metallo-β-lactamases, but a high-throughput screen followed by optimization has now enabled the discovery of indole-2-carboxylates (InCs) as potent broad-spectrum metallo-β-lactamase inhibitors. The results highlight the potential of InC–carbapenem combinations for clinical use as well as mechanism-guided approaches to combatting globally disseminated antibiotic resistant mechanisms.
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