Exploring the mode of action of novel antibacterial agents : natural product antibiotics elansolids and peptide-conjugated daptomycin derivatives

Abstract

The overuse and misuse of antibiotics, both, in clinical and agricultural setting is considered the most common cause of emergence of antimicrobial resistance (AMR). AMR represents a major threat to public health leading to life-threatening infections where the available treatments fail to cure and further leads to prolonged hospital stay and increase in healthcare costs. The alarming spread in resistance is unfortunately accompanied by a slow development of novel antibiotics. Nevertheless, different strategies are being established to deliver the next generation of antibiotics. Such strategies include natural product-guided drug discovery, synthetic development of antibiotics and improvement of efficacy of existing antibiotics by conjugation and employing combination therapy. The thesis work covers two important aspects in overcoming AMR; one focuses on biological evaluation, mode of resistance and mode of action elucidation, and characterization of a novel class of antibiotics produced by soil bacteria, the elansolids. The other focuses on structural modification of an already available antibiotic, daptomycin, by conjugation to a polycationic peptide, to compare its efficacy and study its effect in overcoming resistance in vitro and in vivo.

Der übermäßige und missbräuchliche Einsatz von Antibiotika, sowohl im klinischen Sektor als auch in der Landwirtschaft, gilt als häufigste Ursache für das Auftreten von Antibiotikaresistenzen (antimicrobial resistance, AMR). AMR stellt eine große Bedrohung für die öffentliche Gesundheit dar, indem sie zu lebensbedrohlichen Infektionen führt, die auf herkömmliche Behandlungen nicht mehr ansprechen. Dies wiederum führt zu verlängerten Krankenhausaufenthalten und höheren Kosten im Gesundheitswesen. Die besorgniserregende Ausbreitung von Resistenzen geht unglücklicherweise mit einer eher schleppenden Entwicklung neuer Antibiotika einher. Nichtsdestotrotz werden ständig neue Strategien erarbeitet, um neue Generationen von Antibiotika hervorzubringen. Diese Strategien umfassen insbesondere die Entdeckung von Wirkstoffen auf Grundlage von Naturstoffen, die synthetische Entwicklung von Antibiotika und die Optimierung der Wirksamkeit bestehender Antibiotika durch Konjugation- und Kombinationstherapie. Diese Dissertation befasst sich mit zwei wichtigen Aspekten bei der Überwindung von AMR. Eine neue von Bodenbakterien stammende Antibiotikaklasse, die Elansolide, wird biologisch bewertet und ihr Resistenzmechanismus sowie ihre Wirkungsweise aufgeklärt. Ein weiterer Ansatz ist die strukturelle Veränderung des bereits verfügbaren Antibiotikums Daptomycin durch Konjugation mit einem polykationischen Peptid, mit dem Ziel die Wirksamkeit des Konjugats zu vergleichen und seine Wirkung bei der Überwindung von Antibiotikaresistenzen in vitro und in vivo untersuchen.