KJEMI nr. 4 - 2017

KJEMI 4 2017 13 bapenemer og kan overføres mellom organismer. Genet som koder for OXA-48 er blitt overført både til blant annet E.coli og K.pneumoniae , som begge kan forårsake alvorlig sykdom hos men- nesker. K.pneumoniae er en opportunistisk patogen og kan forårsake lungebetennelse, mens E.coli er kjent for tilfeller av alvorlig matin- feksjon. Mennesker med svekket immunforsvar er spesielt utsatt. Vårt arbeid startet med dette enzymet, med DNA isolert fra norske pasientprøver. På det tidspunktet vi startet fantes det in- gen godkjente legemidler på markedet som var effektive mot OXA-48 enzymet. Vi ønsket å finne en forbindelse som kunne deaktivere OXA-48 slik at man kunne fortsette å bruke de anti- biotika vi allerede har. Ved UiT Norges arktiske universitet har vi et bibliotek på 500 fragmenter. 500 fragmenter høres ikke så mye ut, særlig om du sam- menligner med de millionene av forbindelser som legemiddelselska- pene tester i sine storskalaforsøk. Men på samme måte som Lego er mer fleksibelt enn Playmobil, så er variasjonen stor i blant våre 500 fragmentene siden molekylene er så små og kan settes sammen på mange ulike måter. Tidligere ble også nåler brukt som et bilde på fragmenter, de kan stikke dypt inn i enzymet og danne potente inter- aksjoner. Etter flere dager på laboratoriet hadde vi fått testet alle fragmente- ne. De fragmentene som viste tegn til å ha interaksjoner med OXA- 48 ble testet flere ganger i ulike konsentrasjoner for å finne ut hvor sterkt de binder seg til OXA-48 enzymet. For å være sikker på at forbindelsene har en effekt mot enzymet, og at det ikke var problemer med eksperimentene våre, testet vi alle fragmentene som viste binding i et konkurranse-eksperiment mot be- ta-laktam antibiotika. Hvis fragmentene er aktive hemmere, vil de re- dusere hastigheten på nedbrytingen av beta-laktam antibiotika, og det kan vi måle. Å bruke flere ulike eksperimenter, sommåler det på samme forbindelser på ulike måter, er en viktig metode for å sikre reproduserbare resultater. Da vi hadde identifisert en serie med forbindelser som viste aktivitet mot OXA-48, kunne vi bruke en annen metode, røngten- krystallografi, for å bestemme den tredimensjonale strukturen av komplekset mellom enzymet og forbindelsene på atomnivå. Den tredimensjonale strukturen til et av kompleksene gav oss en overraskelse, for det var tydelig at en av forbindelsene vi hadde fun- net kunne binde på flere måter. Den aktuelle forbindelsen består av to ringer kunne roteres 180 grader (meta-substituert). Det gav oss en ide om at vi kunne sette på enda en ring slik at vi fikk det beste fra begge konformasjonene. I samarbeid med organisk kjemikere fikk vi lagd denne nye forbindelsen, og påfølgende eksperimenter viste at den bandt slik som vi hadde forutsett og med sterkere interaksjoner til OXA-48. Å jobbe på denne måten føles som å bygge med lego, selv om det selvsagt er mer komplisert for de som faktisk skal lage forbindelsene på laboratoriet! Nå som vi visste at det lot seg gjøre å optimalisere fragmentene våre lagde vi et fokusert bibliotek med nesten femti molekyler, hvor- av flere ikke har vært beskrevet tidligere, og vi klarte å løse tredi- mensjonale strukturer av komplekset med OXA-48 og over 30 av disse. De beste forbindelsene vi fant hadde mikromolar potens, 100 ganger sterkere enn fragmentene vi startet med. Men for at forbindel- sene vi har utviklet skal kunne komme til nytte i behandling av pasi- enter er det fortsatt en lang vei å gå. Vi må fortsatt optimalisere hvor- dan forbindelsen er bygd opp for å få enda sterkere interaksjoner mellom forbindelsene og enzymet. På sikt vil det også være viktig å vise at forbindelsene vi har utviklet ikke er giftige for mennesker, og at forbindelsene effektivt transporteres inn i bakteriene vi vil angripe. Særlig transporten over celleveggen til de gram-negative cellene er vanskelig, enda disse forbindelsene kun trenger å komme over i peri- plasma. Flere legemidler med opphav i fragment-baserte metoder har allerede kommet på markedet, og det er ingen tvil om at det er en av metodene som vil gi oss nye legemidler i årene som kommer. / KILDER: * Fleming A. On the antibacterial action of cultures of a Penicil- lium, with special reference to their use in the isolation of B. in- fluenzae. British Journal of Experimental Pathology. 1929;10:226- 236. * Discovery and Development of Penicillin – American Chemistry Society http://www.acs.org/content/acs/en/education/whatisch- emistry/landmarks/flemingpenicillin.html * Krystaller mot antibiotikaresistens – Schrödingers katt 2015 05.03.2015 https://tv.nrk.no/serie/schrodingers-katt/ DMPV73000715/05-03-2015#t=17m38s * Screening and design of inhibitor scaffolds for the antibiotic resistance enzyme OXA-48 through surface plasmon resonance screening, Lund, Bjarte; Christopeit,Tony; Guttormsen,Yngve; Bayer, Annette; Leiros, Hanna-Kirsti S. Under forberedelse Fig. 5. Da vi så hvordan de nye forbindelsene bandt på atomnivå ble det klart at en av forbindelsene (i lysegrått) kunne binde på to ulike måter til enzymet. I samarbeid med organisk kjemikere fikk vi lagd en ny forbindelse (magenta) som hadde tre ringer for å dra nytte av alle interaksjonene samtidig. Fig. 4. En av disse karbapenemasene er OXA-48. OXA-48 er en klasse D beta-laktamase kjent for både aktivitet mot penicilliner og karbapenemer. Sykdomstilfeller med OXA-48 har blitt rapportert over hele verden, inkludert i Norge. Nå finnes det fortsatt medisiner som er effektive mot infeksjoner med OXA-48, men med den hastigheten resistens har dukket opp tidligere er det viktig å ha nye kort på handa.