Design and SAR Analysis of Phenylboronic Acid-Based Inhibitors for Sensitizing KPC-2-Producing Klebsiella pneumoniae to β-Lactam Antibiotics

肺炎克雷伯菌 化学 内酰胺 抗生素 苯硼酸 克雷伯菌 β-内酰胺 微生物学 立体化学 有机化学 生物化学 大肠杆菌 基因 生物 催化作用
作者
Mangal Singh,Marc Boomgaren,Perwez Bakht,Patrick Ihle,Hanna‐Kirsti S. Leiros,Annette Bayer,Ranjana Pathania
出处
期刊:Journal of Medicinal Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jmedchem.5c00058
摘要

The global threat posed by multidrug-resistant bacteria, particularly those producing KPC-2 carbapenemases, has compromised the effectiveness of carbapenems, the last-resort antibiotics. To address this, we utilized a bioisosteric replacement approach to synthesize phenylboronic acid (PBA) derivatives targeting KPC-2. The enzyme kinetics study revealed that electron-withdrawing substituents enhanced the residence time of lead compounds, enhancing KPC-2 inhibition. Lead molecule 3b, in synergy with Meropenem, achieved a 3-log CFU/mL reduction in bacterial count within 3 h in time-kill kinetics and exhibited a postantibiotic effect of 71 ± 5 min. A nanomolar range inhibition constant (Ki), a second-order inactivation rate constant (k2/K) of ∼103 M-1 s-1, and a slow off-rate (koff ∼ 0.0018 s-1) were observed. Importantly, the PBA derivatives were nontoxic to human cells and significantly reduced lung bacterial load in a murine pneumonia model. Overall, PBA-based non-β-lactam β-lactamase inhibitors showed promise in restoring carbapenem efficacy against KPC-2-producers.

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