Tutkimus mikrobilääkeresistenssin kehittymisestä diatsaboriiniyhdisteille

Antibioottiresistenssi on maailmanlaajuinen kriisi, joka aiheuttaa kasvavan määrän infektioita, joita ei voida hoitaa perinteisillä antibiooteilla. Syitä resistenssille resistenssikriisille ovat mm. antibioottien yli- ja väärinkäyttö, käyttö maataloudessa sekä lääkeyritysten vähentynyt kiinnostus uusien antibioottien kehittämiseen. Antibioottiresistenssi aiheuttaa lisääntynyttä kuolleisuutta, sekä suuria taloudellisia kustannuksia pidentyneiden sairaalahoitojen ja hoitokustannusten vuoksi. Antibioottiresistenssi voi syntyä usealla eri tavalla. Pääasiallinen tapa resistenssin leviämiselle bakteeripopulaatiossa on horisontaalinen geenisiirto, jossa bakteerit saavat geneettistä materiaalia, joka sisältää resistenssigeenejä. Bakteerit voivat myös saada uusia resistenssiominaisuuksia perimän mutaatioiden kautta. Resistenssin esiintyminen on bakteerien luonnollinen ominaisuus, joten monet bakteerit voivat nopeastikin kehittää resistenssin uusille antibiooteille. Uusien potentiaalisten antibioottien resistenssiominaisuuksia tulisikin tutkia jo lääkkeiden kehitysvaiheessa. Tässä tutkimuksessa selvitettiin diatsaboriiniyhdisteiden resistenssiominaisuuksia. Diatsaboriiniyhdisteillä on todettu olevan antibakteerista aktiivisuutta erityisesti Gram-negatiivisia bakteereita vastaan. Tutkitut ominaisuudet olivat mutanttien syntymisen estokonsentraatio (eng. mutant prevention concentration (MPC)) ja spontaani mutaatiofrekvenssi. MPC mittaa mikrobilääkkeiden pitoisuuksia, joissa yksivaiheisia resistenttimutantteja (eng. single-step resistant mutants) ilmenee. MPC-arvoja voidaan verrata minimi inhiboivaan pitoisuuteen (eng. minimum inhibitory concentration (MIC)), jotta voidaan selvittää mutanttien valintaikkunan (eng. mutant selection window (MSW)) koko. MSW on konsentraatioalue, joka selektiivisesti vahvistaa resistenttien mutanttien syntymistä. Spontaani mutaatiofrekvenssi on bakteerien ominaisuus antibioottien läsnäollessa. Se kuvaa bakteeripopulaatiosta ilmaantuvien resistenttien mutanttien osuutta kussakin antibioottipitoisuudessa. Neljää diatsaboriiniyhdistettä tutkittiin Escherichia coli ATCC 25922 bakteerikannalla ja tuloksia verrattiin siprofloksasiiniin. Siprofloksasiinilla oli alhaisin MPC 16xMIC, diatsaboriiniyhdisteellä 1, 2, ja 3 MPC oli 32xMIC ja diatsaboriiniyhdisteellä 4 64xMIC. Spontaani mutaatiofrekvenssi oli kaikilla yhdisteillä normaalilla tasolla.Antibiotic resistance is a global crisis causing increasing number of infections that cannot be treated with conventional antibiotics. The main reasons for the resistance crisis include overuse and misuse of antibiotics, use in agriculture, and decreased interest of pharmaceutical companies to discover and develop new antibiotics. Apart from mortality, antibiotic resistance causes large economical costs due to longer hospitalizations and more expensive treatments. Bacteria can acquire resistance via multiple pathways. Main path for spread of resistance in bacterial populations is horizontal gene transfer (HGT) in which bacteria receive genetic material that contain resistance genes. Bacteria can acquire new resistance traits via mutations in their genome. The emergence of resistance is a natural feature of bacteria and therefore many bacteria and bacteria can quickly acquire resistance towards novel antibiotics. The resistance properties of potential new antibiotics should be studied already during drug discovery and development. This study determined resistance properties of diazaborine compounds, which have been shown to have antibacterial activity especially against Gram-negative bacteria. The studied properties were mutant prevention concentration (MPC) and spontaneous mutation frequency. MPC measures the antimicrobial compound concentrations in which single-step resistant mutants arise. MPC values can be compared to minimum inhibitory concentration (MIC) values to determine range of mutant selection window (MSW) in which single-step resistant mutants are selectively amplified. Spontaneous mutation frequency is a feature for bacteria in presence of antimicrobials. Spontaneous mutation frequencies demonstrate the proportion of emerged resistant mutants from a bacterial population in each antimicrobial concentration. Four diazaborine compounds were studied with Escherichia coli ATCC25922 and the results were compared with ciprofloxacin. Ciprofloxacin had the lowest MPC at 16xMIC, diazaborine compounds 1, 2 and 3 at 32xMIC and diazaborine compound 4 at 64xMIC. Spontaneous mutation frequency of E. coli was on a normal level with each compound