Prot. 2022EKWRHB Proline-rich antimicrobial peptides in the age of antibiotic-resistance: a new weapon to fight Klebsiella pneumoniae bloodstream infections. PrAMP4KleBI

Le infezioni del flusso sanguigno, a causa del loro alto rischio di mortalità, richiedono un intervento rapido ed efficace. Tuttavia, il numero di antibiotici disponibili per il trattamento di queste condizioni è stato drasticamente ridotto dalla diffusione di agenti patogeni resistenti agli antibiotici. Le infezioni del sangue da Klebsiella pneumoniae resistente agli antibiotici, con un preoccupante tasso di mortalità tra il 40% e il 50%, sono rappresentative dell'attuale crisi antibiotica. La necessità di nuovi farmaci antimicrobici è evidente. In questo scenario, i peptidi antimicrobici (AMP) hanno guadagnato interesse come composti guida per sviluppare nuovi farmaci anti-infettivi. Gli AMP sono dotati di una potente attività antimicrobica che si combina con uno scarso sviluppo di resistenza da parte dei batteri. Sfortunatamente, la maggior parte degli AMP sono anche citotossici. I peptidi antimicrobici ricchi di prolina (PrAMPs) rappresentano un'eccezione. I PrAMP mostrano un meccanismo d'azione antimicrobico specifico e non membranolitico, che uccide i batteri legandosi ai ribosomi batterici e bloccando la sintesi proteica. Ciò rende i PrAMP selettivi per i batteri e generalmente ben tollerati dalle cellule eucariotiche. L'obiettivo principale di questo progetto è identificare un composto principale tra PrAMP ben studiati per combattere le infezioni del flusso sanguigno da K. pneumoniae resistenti agli antibiotici. Il progetto identificherà il PrAMP dotato in vitro di i) miglior effetto antimicrobico verso forme planctoniche o sessili di diversi isolati clinici di K. pneumoniae multi-farmaco-resistente ii) migliore tollerabilità da parte di cellule umane e sangue e iii) attività immunomodulante e proprietà di inattivare l’LPS. Gli esperimenti saranno condotti in modelli di condizioni che simulano l'applicazione finale (es. nel sangue intero). Gli studi sulla relazione struttura-attività cercheranno di identificare le caratteristiche strutturali delle PrAMP legate alle attività biologiche desiderabili. Infine, esperimenti in vivo su modelli murini di infezione ematica da K. pneumoniae o di shock da LPS definiranno la reale attività antimicrobica e immunomodulatoria del PrAMP più promettente. In secondo luogo, questo progetto mira a utilizzare le PrAMP per sviluppare nuovi composti antimicrobici, sfruttandoli come vettori per altre porzioni antimicrobiche. I PrAMP saranno collegati a PNA che inibiscono la sintesi proteica mirando a diverse strutture del ribosoma. Le nuove molecole, composte da due frazioni antimicrobiche, dovrebbero mantenere la loro attività anche in caso di mutazione di uno dei siti di legame da parte dei microrganismi, aggirando il meccanismo di resistenza. Il progetto fornirà una solida valutazione preclinica dei PrAMP, indicando se questi composti possono rispondere all'urgente necessità di nuovi farmaci per combattere l'infezione del flusso sanguigno da K. pneumoniae resistente agli antibiotici. Inoltre, il progetto potrebbe aprire la strada allo sviluppo di farmaci antimicrobici ulteriormente ottimizzati basati sui Proline-rich.

Blood-stream infections, due to their high mortality risk, need rapid and effective intervention. However, the number of available antibiotics to treat these conditions has been dramatically reduced by the diffusion of antibiotic-resistant pathogens. Bloodstream infections by antibiotic-resistant Klebsiella pneumoniae, with a worrisome mortality rate between 40% and 50%, are representative of the current antibiotic crisis. The need for new antimicrobial drugs is evident. In this scenario, antimicrobial peptides (AMPs) gained interest as lead compounds to develop new anti-infective drugs. AMPs are endowed with potent antimicrobial activity that is combined with scarce development of resistance by bacteria. Unfortunately, most AMPs are also cytotoxicity. The Proline-rich antimicrobial peptides (PrAMPs) represent an exception. PrAMPs display specific and non-membranolytic antimicrobial mechanism of action, that kills bacteria binding to the bacterial ribosomes and blocking the protein synthesis. This makes PrAMPs selective for bacteria and generally well tolerated by eukaryotic cells. Main aim of this project is to identify a lead compound among well studied PrAMPs to fight antibiotic-resistant K. pneumoniae blood-stream infections. The project will identify the PrAMP endowed in vitro with i) best antimicrobial effect toward planktonic or sessile forms of clinical isolates of multi-drug resistant K. pneumoniae ii) best tolerability by human cells and blood and iii) immunomodulatory activity and LPS-inactivating properties. Experiments will be performed under conditions models simulating the final application (e.g. in whole blood). Structure-activity relationship studies will try to identify structural features of PrAMPs related to desirable biological activities. As last, in vivo experiments on murine models of K. pneumoniae bloodstream infection or of LPS shock will define the real antimicrobial and immunomodulatory activity of the best candidate PrAMP. Secondary, this project aims to use PrAMPs to develop new antimicrobial compounds, exploiting them as carriers for other antimicrobial moieties. PrAMPs will be linked to PNAs inhibiting protein synthesis targeting different structures of the ribosome. The new molecules, composed by two antimicrobial moieties, should maintain their activity also in case of mutation of one of the binding sites by the microorganisms, circumventing resistance mechanism. The project will provide a robust preclinical evaluation of the PrAMPs, indicating if these compounds can answer the urgent need of new drugs to combat antibiotic-resistant K. pneumoniae bloodstream infection. Moreover, the project may pave the way to the development of further optimized antimicrobial drugs based on PrAMPs.