Von in vitro bis in vivo : Etablierung eines Testsystems zur biologischen Evaluierung neuartiger Quorum-Sensing-Inhibitoren als Antiinfektiva gegen Pseudomonas aeruginosa

Innovative, efficient anti-infectives are needed because of increasing antibiotic resistance. Thus, strategies have been proposed interfering with bacterial pathogenicity instead of viability such as inhibition of quorum sensing. This intercellular communication system uses signal molecules to coordinate virulence and biofilm formation. Pseudomonas aeruginosa uses unique signal molecules such as 2-heptyl-3-hydroxy-4-(1H)-quinolone (PQS). Therefore, compounds should be developed blocking their biosynthesis and reception by inhibiting PqsD and antagonizing PqsR, respectively. In this thesis, novel PqsD inhibitors were studied. The best compound strongly inhibited the production of signal molecules and biofilm without affecting growth. Irreproducibility of routine quantification of PQS in P. aeruginosa cultures was overcome by development and validation of a novel LC-MS/MS approach. A functional inversion was identified as reason for ineffectiveness of the first PqsR antagonist in P. aeruginosa. Blocking the metabolic hot spot led to a very potent anti-infective fully protecting Galleria mellonella larvae from lethal P. aeruginosa infection. This was the first proof-of-concept for an anti-infective therapy targeting PqsR. Optimization of the physicochemical properties of the respective compound class resulted in a new compound with improved water solubility and efficient reduction of signal molecules and virulence factor formation.Aufgrund von Antibiotikaresistenzen werden dringend neue Antiinfektiva benötigt, welche idealerweise die Pathogenität der Bakterien reduzieren ohne diese abzutöten, z.B. durch Hemmung von Quorum Sensing. P. aeruginosa nutzt dieses Kommunikationssystem zur Koordination von Virulenz und Biofilmbildung unter Verwendung von Signalmolekülen wie 2-Heptyl-3-hydroxy-4-(1H)-Chinolon (PQS). Neue Wirkstoffe sollten daher deren Biosynthese oder Wirkung durch Hemmung von PqsD oder PqsR unterbinden. In dieser Arbeit sollten neue PqsD Inhibitoren charakterisiert werden. Der potenteste Inhibitor konnte die Bildung von Signalmolekülen und Biofilm stark reduzieren ohne das Bakterienwachstum zu beeinträchtigen. Die Entwicklung und Validierung eines neuen LC-MS/MS-Verfahrens erlaubte reproduzierbare Routinequantifizierung von PQS. Die schwache Wirksamkeit des ersten PqsR-Antagonisten in P. aeruginosa war auf eine Funktionalitätsumkehr zurückzuführen. Diese konnte durch chemische Modifikation vermieden und so schließlich ein potentes Antiinfektivum entwickelt werden, das Galleria mellonella-Larven vor tödlichen P. aeruginosa-Infektionen schützte. So wurde erstmals gezeigt, dass eine Hemmung von PqsR zur Therapie von Infektionen genutzt werden kann. Optimierung der physikochemischen Eigenschaften der entsprechenden Verbindung lieferte schließlich einen neuen Wirkstoff mit verbesserter Wasserlöslichkeit, der die Bildung von Signalmolekülen und Virulenzfaktoren effizient reduzierte