A classic antibiotic reimagined: Rationally designed bacitracin variants exhibit potent activity against vancomycin-resistant pathogens

杆菌肽 脂质Ⅱ 抗生素 抗菌活性 细菌 细菌细胞结构 化学 糖肽 肽 生物化学 微生物学 生物 肽聚糖 细胞壁 遗传学
作者
Ned Buijs,Halana C. Vlaming,Ioli Kotsogianni,Melina Arts,Joost Willemse,Y. P. Duan,Francesca M. Alexander,Stephen A. Cochrane,Tanja Schneider,Nathaniel I. Martin
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:121 (29)
标识
DOI:10.1073/pnas.2315310121
摘要

Bacitracin is a macrocyclic peptide antibiotic that is widely used as a topical treatment for infections caused by gram-positive bacteria. Mechanistically, bacitracin targets bacteria by specifically binding to the phospholipid undecaprenyl pyrophosphate (C 55 PP), which plays a key role in the bacterial lipid II cycle. Recent crystallographic studies have shown that when bound to C 55 PP, bacitracin adopts a highly ordered amphipathic conformation. In doing so, all hydrophobic side chains align on one face of the bacitracin–C 55 PP complex, presumably interacting with the bacterial cell membrane. These insights led us to undertake structure–activity investigations into the individual contribution of the nonpolar amino acids found in bacitracin. To achieve this we designed, synthesized, and evaluated a series of bacitracin analogues, a number of which were found to exhibit significantly enhanced antibacterial activity against clinically relevant, drug-resistant pathogens. As for the natural product, these next-generation bacitracins were found to form stable complexes with C 55 PP. The structure–activity insights thus obtained serve to inform the design of C 55 PP-targeting antibiotics, a key and underexploited antibacterial strategy.

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