Structural interactions of BWC0977 with Klebsiella pneumoniae topoisomerase IV and biochemical basis of its broad-spectrum activity

DNA旋转酶 拓扑异构酶 拓扑异构酶 肺炎克雷伯菌 大肠杆菌 生物 SOS响应 喹诺酮类 拓扑异构酶抑制剂 微生物学 抗生素 细菌 抗菌活性 抗菌剂 DNA 化学 抗菌剂 环丙沙星 基因 抗生素耐药性 突变 氧氟沙星 肠杆菌科 生物化学 行动方式 质粒 细菌遗传学 结构-活动关系 抗药性 结合位点 重组DNA
作者
Radha Nandishaiah,Satoshi Murakami,Shahul Hameed P,Maho Aoki,Ui Okada,Eiki Yamashita,Venkatesan Suryanarayanan,Nagakumar Bharatham,Sudipta Sarma,Anirudh P. Shanbhag,Sreevalli Sharma,R. Jagadiswara Rao,Vasanthi Ramachandran,V Balasubramanian,Santanu Datta,Nainesh Katagihallimath
出处
期刊:Communications biology [Nature Portfolio]
卷期号:8 (1): 1666-1666 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s42003-025-09055-y
摘要

Antimicrobial resistance is a growing global health crisis driving the urgent need for effective broad-spectrum antibiotics. BWC0977 is a pyrazino-oxazinone based novel bacterial topoisomerase inhibitor (NBTI) currently in Phase 1 clinical trials and demonstrates potent activity against multidrug-resistant Gram-negative and Gram-positive bacteria. It targets both DNA gyrase and topoisomerase IV with balanced low-nanomolar potencies, showing remarkable superiority over ciprofloxacin and gepotidacin. We report the first 3.05 Å cocrystal structure of BWC0977 bound to Klebsiella pneumoniae topoisomerase IV, revealing its binding mode and interaction residues. The reduced inhibition of BWC0977 against purified gyrase enzymes carrying an individual mutation at these residues supports the relevance of these molecular interactions. Mutational analyses in Escherichia coli strains show that single target mutations in gyrA or parC do not confer resistance, while simultaneous mutations in both genes result in over 250-fold reduced susceptibility. The compound also demonstrates more than 5000-fold selectivity for bacterial over human topoisomerases and retains efficacy against fluoroquinolone and carbapenem-resistant clinical isolates. Together, these structural, biochemical, and microbiological insights elucidate BWC0977's broad-spectrum antibacterial activity and reduced vulnerability to resistance, establishing it as a promising next-generation antibiotic to address the global threat of antimicrobial resistance.
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