Mechanisms and use of penicillin-binding protein inhibition to optimize cationic peptide anti-MRSA treatment

摘要 金黄色葡萄球菌是人类最常见的侵袭性病原体， 起源于多种环境和患者类型。耐甲氧西林沙门氏菌引起的感染。金黄色 （MRSA）增加患者发病率和死亡率，部分原因是治疗选择有限， 增加对主要抗生素的抗生素耐药性。最近的证据表明，某些B族 传统上认为对MRSA无活性的内酰胺类药物， 通过与达托霉素（DAP）和阳离子宿主防御协同作用， 白色细胞和血小板来源的肽（HDPs）。从机制上讲，这种明显的“协同作用”是 最初归因于这些肽抗生素与细胞膜结合的增强 在B-β-内酰胺存在下的靶点。 其他机制似乎发挥了作用，我们有 确定了用B-β内酰胺对青霉素-β-内酰胺结合蛋白（PBPs）的区别性抑制， 差异达托霉素协同作用。我们的初步筛选表明，封锁行动 PBP-β 1（特异性地或混杂地）的表达对于这种DAP-β B-β内酰胺协同作用结果是必不可少的。 鉴于这些发现，我们认为选择性或非选择性阻断PBP-β 1的B β-内酰胺类药物， 活性提供了针对S. 金黄色，用于 与DAP结合。 为了验证这一假设，我们将使用三个集成的 目标。 在目的1中，我们确定了DAP/HDP下PBP抑制的机制相互作用 与B-β-内酰胺类通过操纵PBP功能和定义代偿性 DAP-β B-β内酰胺组合对关键细胞壁和细胞膜功能指标的影响， 传统上与抗菌效力有关。在目标2中，我们确定了最佳的B-β-内酰胺策略， 与DAP或HDPs联合使用抗MRSA，使用具有以下特征的区别性体外建模： 中空纤维生物反应器系统。目的3建立最佳组合B-β-内酰胺-β-DAP处理 体内方案，利用原型血管内MRSA感染模型，实验 感染性心内膜炎在这些研究的结论，我们的结果将确定新的机制 与DAP的致命途径相关，并提供了一个潜在的独特选择， 在临床实践中继续使用DAP。最终，该项目很可能为临床医生提供 针对复杂和难治性MRSA的智能靶向组合改善治疗策略 感染.

Abstract  Staphylococcus aureus is the most common invasive human pathogen with associated infections  originating in multiple settings and patient types. Infections due to methicillin-­resistant S. aureus  (MRSA)  increase  patient  morbidity  and  mortality  in  part  due  to  limited  therapeutic  options  and  increasing antibiotic resistance to primary antibiotics. Recent evidence suggests that certain b-­ lactams,  traditionally  considered  inactive  against  MRSA,  can  enhance  clinical  efficacy  against  both MRSA and MSSA infections by synergizing with daptomycin (DAP) and cationic host defense  peptides (HDPs) of white cell and platelet origins. Mechanistically, this apparent “synergy” was  initially  attributed  to  enhancement  of  binding  of  these  peptide  antibiotics  to  the  cell  membrane  targets  in  the  presence  of  b-­lactams.  Other  mechanisms  appear  to  play  a  role,  and  we  have  identified that discriminative inhibition of penicillin-­binding proteins (PBPs) with b-­lactams results  in differential daptomycin synergy. Our preliminary screening indicates that blockade of the action  of PBP-­1 (either specifically or promiscuously) is essential to this DAP-­b-­lactam synergy outcome.  Given these findings, we posit that b-­lactams with either selective or nonselective PBP-­1 blocking  activity  provide  multi-­mechanistic  and  synergistic  killing  against  S.  aureus  when  used  in  combination  with  DAP.    To  test  this  hypothesis,  we  will  conduct  studies  using  three  integrated  Aims.  In  Aim  1,  we  identify  mechanistic  interactions  of  PBP  inhibition  underlying  DAP/HDP  synergy  with  b-­lactams  through  manipulating  PBP  function  and  defining  the  compensatory  impacts of DAP-­b-­lactam combinations on key cell wall and cell membrane functional metrics that  traditionally link to antimicrobial potency. In Aim 2, we determine optimal b-­lactam strategies in  combination  with  DAP  or  HDPs  against  MRSA  using  discriminative  in  vitro  modeling  with  the  hollow fiber bioreactor system. Aim 3 establishes the optimal combined b-­lactam-­DAP treatment  regimens  in  vivo,  utilizing  a  prototypical  endovascular  MRSA  infection  model,  experimental  infective endocarditis. At the conclusion of these studies, our results will identify new mechanisms  associated  with  DAP’s  lethal  pathway  and  provide  a  potentially  unique  option  for  rescuing  continued use of DAP in clinical practice. Ultimately, this project may well provide clinicians with  improved treatment strategies with smart targeted combinations for complex and refractory MRSA  infections.