Progettazione, sintesi e indagine preliminare del meccanismo d’azione di una serie di nuovi antibatterici peptidomimetici

Over the years, many antibiotics with different mechanisms of action have been developed. However most of them succumb to antimicrobial resistance, especially when their mechanism of action depends on enzymatic inhibition. Nowadays it is recognized that a non-specific mechanism, such as physical disruption of the membrane, is less susceptible to resistance. This can be achieved through specific molecules, including antimicrobial peptides (AMPs). Despite their unique mode of action, the antimicrobial activity of AMPs is limited, primarily due to their high susceptibility to proteolytic degradation by endogenous or microbial enzymes. To counteract proteolytic degradation and to improve the knowledge around these antibacterial agents, we planned to synthetize a library of antimicrobial peptides mimetics overcoming specific weaknesses related to this class of molecules, such as their metabolic instability. Additionally, our goal is to develop compounds that not only mimic peptides but also possess membranolytic properties similar to AMPs, enabling direct disruption of the bacterial membrane. The molecular template for the development of our library of peptidomimetics compounds is represented by Brilacidin which is a defensin-mimetic molecule. This molecule was showed to have activity against S. aureus, Enterococcus faecium, E. Coli. Taking inspiration by the Brilacidin structure and relevant literature, we identified a hypothetical pharmacophore for synthesizing structurally related analogues. The modification of side arm lengths is crucial to achieving the specific conformation required for perpendicular insertion into phospholipid bilayers. Before synthesizing other analogues, we focused my interest on the comprehensive biological characterization of the molecules synthesized. Therefore, the compounds were tested on a wide panel of clinically relevant pathogens showing encouraging antimicrobials activity and preliminary investigations on the mode of action confirmed the hypnotized membranolytic mechanism of action

Nel corso degli anni, sono stati sviluppati vari antibiotici con diversi meccanismi d’azione. Tuttavia, la maggior parte di questi sono soggetti ad antibiotico-resistenza, specialmente se il meccanismo d’azione è basato sull’inibizione enzimatica. Ad oggi è appurato che un meccanismo d’azione aspecifico, come ad esempio la distruzione fisica della membrana, sia meno suscettibile alla resistenza. Questo effetto si può ottenere tramite diverse molecole, inclusi i peptidi antimicrobici (AMPs). Nonostante il loro caratteristico meccanismo d’azione, l’attività antimicrobica dei peptidi antimicrobici e limitata, specialmente perché suscettibili all’azione proteolitica di enzimi endogeni o batterici. Per ovviare alla degradazione proteolitica e incrementare le conoscenze relative a questi agenti antibatterici, abbiamo pianificato la sintesi di una libreria di peptidomimetici antimicrobici che possano bypassare le criticità relative a questa classe di molecole, come la loro instabilità metabolica. Inoltre, il nostro obiettivo e lo sviluppo di composti che non solo mimino la struttura peptidica ma che posseggano anche proprietà membrano litiche simili a quelle degli AMPs, favorendo così la diretta distruzione della membrana batterica. La struttura molecolare di riferimento per la progettazione di queste molecole è rappresentata dalla Brilacidina, una molecola mimetica delle defensine. Tale molecola è risultata attiva contro S. aureus, Enterococcus faecium, E. Coli. Ispirandoci alla struttura della Brilacidina e alla significativa letteratura a riguardo, abbiamo identificato un ipotetico farmacoforo per la sintesi di analoghi strutturalmente correlati. La modifica delle braccia laterali è cruciale per ottenere la specifica conformazione richiesta per l’inserimento nel doppio strato fosfolipidico. Prima di continuare la sintesi di altri analoghi, abbiamo focalizzato la nostra attenzione in un’ampia caratterizzazione biologica delle molecole sintetizzate. Conseguentemente, le molecole sono state testate su un ampio numero di patogeni clinicamente rilevanti dimostrato incoraggianti risultati e analisi preliminari sul meccanismo d’azione hanno confermato l’effetto membranolitico ipotizzato.