Transcript Samenvatting (Nederlands)

Samenvatting
Antimicrobiële resistentie (AMR) vormt een belangrijk probleem voor de volksgezondheid. In een
onlangs verschenen rapport, in opdracht van de Britse regering, schatten de econoom Jim O'Neill en
coauteurs dat in 2050 10 miljoen levens per jaar in gevaar zullen zijn als gevolg van de opmars van
resistente infecties. Chronisch misbruik en overmatig gebruik van de meest potente antibiotica, samen
met het feit dat conventionele middelen enorme selectiedruk uitoefenen op bacteriën, hebben ertoe
geleid dat multiresistente micro-organismen vandaag bestaan. Methicilline-resistente Staphylococcus
aureus (MRSA) is een van die zogenaamde 'superbacteriën'. Op de koop toe is Staphylococcus aureus (S.
aureus) befaamd voor de vorming van biofilms. De weerstand van bacteriën aan antimicrobiële
producten is vele malen groter in biofilms dan in planktonische vorm.
Terwijl resistentie tegen antibiotica een belangrijke bedreiging vormt voor de volksgezondheid, is het
aantal nieuwe antibiotica dat ontwikkeld wordt uiterst schaars. Vooral de enorme economische kosten
en de angst om geneesmiddelen te ontwikkelen die snel obsoleet kunnen worden, creëren een situatie
waarin farmaceutische bedrijven de behoeften niet langer dekken. Daarnaast zijn nieuwe doelwitten
nodig om microbiële infecties te bestrijden.
In hoofdstuk I wordt een algemeen overzicht gegeven van het probleem van antimicrobiële resistentie
met een speciale focus op Staphylococcus aureus (S. aureus). We bieden ook een vrij uitgebreide schets
van de pathogeniciteit van de bacterie en behandelen (toekomstige) therapeutische opties en
potentieel nieuwe platformen om S. aureus infecties onder controle te houden. Potentiëring van het
effect van bestaande antimicrobiële middelen en/of het wijzigen van de virulentie van pathogenen
blijken veelbelovende alternatieven voor conventionele antibiotica.
In dit doctoraatswerk werden verbindingen ontwikkeld die op zich niet antimicrobieel werken, maar
wel de gevoeligheid van bestaande antibiotica vergroten. Meer in het bijzonder, hebben we ons
gericht op moleculen die interfereren met quorum sensing in S. aureus. Quorum sensing (QS) is een
bacterieel intercellulair communicatiesysteem, dat genexpressie controleert. In S. aureus is QS
betrokken bij biofilmvorming en virulentie.
De recente ontdekking van de quorum sensing inhibitor (QSI) hamamelitannine (HAM), een
natuurstof geïsoleerd uit de Amerikaanse toverhazelaar (Hamamelis virginiana), voor resistente
staphylococcale infecties vormt een interessante hit voor verder onderzoek in dit belangrijke
deelgebied van geneesmiddelenontwikkeling. HAM verhoogt de gevoeligheid van bacteriële biofilms
tegenover antibiotica zowel in vitro als in vivo. Het is belangrijk te benadrukken dat HAM niet mag
worden beschouwd als een klassiek antibioticum, omdat het geen bactericide of bacteriostatische
effecten uitoefent. HAM interfereert met mechanismen die verantwoordelijk zijn voor de
uitzonderlijke weerstand van biofilms en veroorzaakt aldus een versterkend effect in combinatie met
antibiotica.
Vanuit een medicinaal chemisch oogpunt, is de structuur van HAM niet ideaal. Daarom hebben we
structuur-activiteitsrelaties (S.A.R.) opgezet rond HAM, teneinde analoga te ontdekken met
gunstigere ‘druglikeness’, verbeterde metabole stabiliteit en verhoogde activiteit. De specifieke
doelstellingen van dit werk worden beschreven in hoofdstuk II.
In de vorm van een compilatie van de ‘peer-reviewed’ publicaties die zijn voortgevloeid uit dit
project, beschrijft hoofdstuk III de wetenschappelijke onderzoeken die zijn uitgevoerd in de loop van
de afgelopen vier jaar.
De eerste publicatie, in Angewandte Chemie International Edition (DOI: 10.1002/anie.201601973),
beschrijft hoe we vertrekkend van HAM graviteerden naar derivaten die meer ‘druglike’ zijn. In deze
publicatie richten we ons op het optimaliseren van de 5-zijde (i.e. de "westelijke zijde") van de
molecule. Ons werk resulteerde in de identificatie van een metabool stabiele lead met veelbelovende
potentiërende eigenschappen, zowel in vitro als in twee in vivo modellen van S. aureus infectie. In het
manuscript, alluderen we op het feit dat ortho substitutie van de 5-fenylring allicht gunstig is voor
activiteit.
In onze tweede publicatie, in Bioorganic & Medicinal Chemistry (DOI: 10.1016/j.bmc.2016.07.058), richten
we ons verder op de S.A.R. rond de 5-positie. De stereochemische vereisten rond C4 worden
onderzocht, alternatieve stikstofhoudende linkers ook. Bovengenoemde hypothese met betrekking tot
ortho substitutie, wat leidt tot een distorsie van de fenylamidegroep naar een niet-planaire
conformatie, wordt bevestigd.
Het derde deel van hoofdstuk III vormt de publicatie in ACS Medicinal Chemistry Letters (DOI:
10.1021/acsmedchemlett.6b00315). In deze tekst werpen we een licht op de structurele vereisten aan de
2'-zijde (i.e. de "oostelijke zijde") van de molecule. Geen van de beschreven bis-benzamiden bleek
bijzonder potent. Verkorting van de acylgroep leverde echter wel een aantal interessante
potentiatoren op. Vervolgens hebben we ook HAM analogen ontwikkeld die gunstige substituenten
van beide zijden combineren in één enkele verbinding. Deze ‘mix-and-match’ benadering leverde een
aantal zeer potente hybridemoleculen op.
Een
vierde
manuscript,
dat
bij
European
Journal
of
Medicinal
Chemistry
(DOI:
10.1016/j.ejmech.2016.10.056) werd geaccepteerd voor publicatie, vormt het laatste deel van hoofdstuk
III. In onze zoektocht naar derivaten met verbeterde synthetische toegankelijkheid, beschrijven we een
aantal praktische synthesemogelijkheden voor HAM analogen met alternatieve centrale eenheden. Bij
dit
‘scaffold
hoppen’
werden
we
geïnspireerd
door
een
ligand-gebaseerde
virtuele
screeningsprocedure en via de synthese en biologische evaluatie van dergelijke verbindingen, konden
we concluderen dat er ruimte is voor structurele aanpassing in het centrale deel van de molecule.
Een algemene conclusie wordt gegeven in hoofdstuk IV van dit proefschrift.
Hoofdstuk V plaatst het onderzoek en de bekomen resultaten in dit proefschrift in een bredere
internationale context. Voorts wordt een discussie en kritische evaluatie gegeven van onze
hamamelitannine analogen als potentiatoren voor bestaande antibiotica in de behandeling van
resistente S. aureus infecties. Tot slot worden toekomstperspectieven geschetst.