Unanticipated Quinoline Modification on Vancomycin as an Effective Strategy to Alter the Antibacterial Profile and Combat Multidrug Resistance

化学 万古霉素 多重耐药 喹啉 部分 抗生素 脂质A 细菌 抗生素耐药性 微生物学 抗菌活性 抗药性 肠杆菌科 细菌外膜 抗菌剂 药理学 铜绿假单胞菌 组合化学 四环素
作者
Taopeng Chang,Zhifu Chen,Lishu Sheng,Xiaolei Bian,Peng He,Xiaodong He,Shu-Hui Liu,Jingwen Zhang,Jingwen Zhang,Hao Ren,Jinyong Zhang,Jinyong Zhang,Dongliang Guan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (46): 42670-42684 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.5c14268
摘要

Lipid II, referred to as the bacterial “Achilles’ heel” and serving as the target of vancomycin, remains inaccessible to vancomycin in Gram-negative bacteria due to their outer membrane (OM) barrier, rendering it intrinsically ineffective against these pathogens. Herein, we serendipitously discovered that a simple, single quinoline moiety modification on vancomycin yields quinovancins, which not only restore vancomycin susceptibility against acquired vancomycin-resistant strains but also unexpectedly expand its antibacterial spectrum to encompass certain Gram-negative Enterobacteriaceae (e.g., Escherichia coli, Salmonella ) in vitro and in vivo . Intriguingly, substitution with a naphthalene group failed to confer such activity. Mechanistically, quinovancins overcome acquired resistance through augmented “cell wall-membrane” dual inhibitions in Gram-positive bacteria. In Gram-negative bacteria, the quinoline moiety functions as a shuttle, facilitating vancomycin’s transit across the OM to the Lipid II site without compromising OM integrity─distinct from conventional OM-disrupting pathways. Besides, the best quinovancin candidate 3d exhibits a synergistic sensitization effect to potentiate meropenem, particularly against carbapenem-resistant E. coli . Furthermore, 3d demonstrates favorable druggability, including rapid and scalable synthesis, great solubility, outperformed in vivo pharmacokinetic profiles, and good safety. This work provides an unanticipated but promising strategy that enables the secondary development of vancomycin to combat bacterial multidrug resistance.
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