Identifizierung und Charakterisierung von Quorum-Sensing Inhibitoren mittels biophysikalischer Methoden

Abstract

Pseudomonas aeruginosa (PA) ist immer weiter in den Fokus der Wissenschaft sowie des öffentlichen Interesses gerückt, da die Notwendigkeit der Entwicklung neuer Wirkstoffe aufgrund der Multidrug-Resistenz stetig angestiegen ist. Die Pathogenität von PA wird durch ein Zelldichte-abhängiges, interzelluläres Kommunikationssystem gesteuert. Das Enzym PqsD ist an der Biosynthese der benötigten Signalmoleküle beteiligt und eignet sich deshalb als Target im Rahmen einer spezifisch auf PA zugeschnittenen Anti-Virulenz Strategie. Mittels biophysikalischer Methoden konnten die Bindestellen zweier PqsD-Inhibitorklassen identifiziert und deren Bindungsmodi aufgeklärt werden. Während die 2-Nitrophenylmethanol-Derivate im aktiven Zentrum von PqsD binden und mit dem natürlichen Substrat kompetitieren, agieren die 2-Benzamidobenzoesäuren als Kanalblocker und verhindern so den Zugang des Substrates zu seiner Bindestelle. Des Weiteren wurden zur Identifizierung neuer PqsD Inhibitoren drei häufig verwendete Screeningstrategien evaluiert. In zwei der Ansätze wurden fokussierte Bibliotheken getestet, die unter Berücksichtigung Target-assoziierter Aspekte zusammengestellt wurden. Zum Vergleich diente ein Screening einer Fragmentbibliothek, die strukturell möglichst unterschiedliche Verbindungen beinhaltete. Die Effizienz und Effektivität der rational geleiteten Ansätze übertrifft die der unfokussierten, wodurch deutlich wird, dass diese zeiteffektive Methoden darstellen.

The multidrug-resistant bacterium Pseudomonas aeruginosa (PA) has recently gained a lot of attention in research as well as from the general public, highlighting the interest in finding new anti-infectives to weaken the bacterium’s severe effects to the human body. The pathogenicity of PA is controlled by a cell-density dependent, intercellular communication system. As the enzyme PqsD is involved in the production of the utilized signal molecules, it can be targeted in an anti-virulence strategy to specifically combat PA. Using various biophysical methods, the binding sites and binding modes of two PqsD inhibitor classes were elucidated. The 2-nitrophenylmethanol derivatives are binding and competing with the natural substrate in the active center of PqsD, whereas the 2-benzamidobenzoic acids act as channel blockers, keeping the substrate away from its binding site. Furthermore, in order to identify novel scaffolds serving as PqsD inhibitors, three frequently used screening strategies were evaluated. Two of these approaches used focused libraries, which were arranged by consideration of target-associated effects. A direct screening of a fragment library, covering a large chemical space, served as comparison. Regarding efficiency and efficacy, the rationality-driven approaches outperform the unfocussed one, indicating this type of screening represents a time-effective method.