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Figura 1 Illustra la reazione chimica di clic chiave (A) per la preparazione degli antibiotici fluorescenti, e con (B) esempi di strutture dei nostri antibiotici fluorescenti pubblicati a base di ciprofloxacin (cipro), trimethoprim (TMP) e linezolid. Queste sonde sono state tutte sintetizzate dagli antibiotici corrispondenti tramite un intermedio azido. Furono poi accoppiati ai fluorofori NBD e DMACA, ciascuno funzionalizzò con un alchino.
La figura 2 mostra tracce LCMS di esempio da una reazione ai clic di ciprofloxacin-N3 e NBD-alkyne, in cui l'azide elarizzato a 3,2 min e il prodotto a 3,8 min. Il confronto di 1 e 2 min mostra come l'avanzamento della reazione click potrebbe essere seguito dalla scomparsa del picco di azide (da UV o MS detector). Gli spettri 3 dimostrano l'impatto della purificazione, con picchi errati che scompaiono dalle tracce MS e UV. Sia la purezza che il progresso della reazione potrebbero essere quantificati dall'integrazione del picco del prodotto e da eventuali picchi di impurità.
La figura 3 dimostra i risultati tipici della valutazione dell'accumulo intracellulare mediante spettroscopia a fluorescenza in presenza e assenza di efflusso. In questo esperimento, E. coli è stato trattato con TMP-NBD con o senza l'aggiunta di CCCP, che collassa la forza di movente protone (PMF). La fluorescenza intracellulare dei batteri era significativamente più alta quando pretrattata con CCCP, indicando che l'efflusso ha ridotto l'accumulo in questi batteri. Questo esperimento è stato ripetuto utilizzando batteri carenti in tolC, mostrando la capacità di questo saggio di esaminare l'impatto dei singoli componenti della pompa di efflusso. In questo caso, anche se c'è stato un aumento della fluorescenza intracellulare rispetto ai batteri di tipo selvatico, l'accumulo di CCCP è ancora aumentato. Questi risultati indicano che tolC partecipa all'efflusso di TMP, ma non è l'unica pompa a trazione PMF coinvolta.
Nella figura 4 viene illustrato il risultato dello stesso esperimento della Figura 2,ma con l'accumulo misurato dalla citometria di flusso anziché dalla spettroscopia. Sono state osservate le stesse tendenze dei dati, dimostrando che entrambe le tecniche possono essere utilizzate per studiare il fenomeno dell'efflusso mediato dall'accumulo intracellulare.
La figura 5 mostra immagini di microscopia confocale rappresentative di sonde fluorescenti gram-positive (S. aureus) e gram-negative (E. coli) etichettate rispettivamente con TMP-NBD (1) e sonde fluorescenti cipro-NBD ( 2x 3). In entrambi i casi, il colorno a membrana rossa FM4-64FX è stato aggiunto al fine di confrontare la co-localizzazione. Per Il TMP-NBD è stato utilizzato anche il coloranti acido nucleico blu Hoechst-33342. Sovrapponendo queste immagini, è stata visualizzata la localizzazione dell'antibiotico nei batteri. Il confronto dei pannelli 2 e 3 mostra come è stato esaminato l'impatto dell'efflusso, con l'inibitore dell'efflusso CCCP utilizzato in 2, con conseguente accumulo intracellulare. Nel pannello 3, non è stato aggiunto alcun CCCP. Quindi, l'efflusso è attivo e non è stato visto alcun accumulo di sonde.
La figura 6 mostra immagini di microscopia confocale rappresentative di batteri Gram-positivi (S. aureus) etichettati con la sonda oxazolidinone Lz-NBD etichettata DMACA. Il coloranti a membrana rossa FM4-64FX è stato aggiunto al fine di confrontare la co-localizzazione, ed è stato utilizzato anche il coloranti acido nucleico verde Hoechst-33342. Sovrapponendo queste immagini, è stata visualizzata la localizzazione dell'antibiotico nei batteri, mostrando la localizzazione interna distinta dalla membrana e dall'acido nucleico.
La tabella 1 mostra i valori MIC per tre serie di antibiotici fluorescenti, ciprofloxacin, trimethoprim (TMP) e linezolid (Lz), con i dati presentati per i derivati dell'antibiotico principale, NBD e DMACA di ciascuno. Sono state scelte specie rappresentative per ogni antibiotico, compresi sia gram-positivo che gram-negativo. Per la serie di ciprofloxacina, entrambe le sonde fluorescenti hanno perso l'attività antibiotica rispetto al farmaco genitore, ma hanno mantenuto una certa attività contro tutte le specie. Allo stesso modo, le sonde linezolidhanno hanno perso un po 'di attività, ma sono rimaste un antibiotico da moderato a debole. Le sonde TMP hanno perso quasi tutta l'attività contro i batteri di tipo selvatico, ma erano attive contro l'eflesse E. coli, il che indica che la perdita di attività antibatterica era dovuta alla mancanza di accumulo.

Figura 1: Sintesi e strutture di sonde derivate da antibiotici. (A) Lo schema di reazione generale per la sintesi di sonde antibiotici fluorescenti da antibiotici azide e alkyne-fluorofori. (B) Le strutture delle nostre sonde pubblicate basate su ciprofloxacin, trimethoprim e linezolid. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Misurazione della purezza della sonda derivata da antibiotici da parte di LCMS. Tracce analitiche di LCMS da (1) incomplete, (2) complete e (3) picchi di ciprofloxacin-N3 , NBD-alkyne, che dimostrano la scomparsa del materiale iniziale al completamento della reazione, e picchi vari sulla purificazione. A traccia UV-Vis (assorbimento a 250 nm), traccia B - MS (modalità positiva e negativa). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Misurazione del lettore di piastre dell'accumulo di sonde derivate da antibiotici. Misurazione spettroscopica di fluorescenza dell'accumulo cellulare di TMP-NBD (50 m) in natura selvaggia (1, ATCC 25922) etolC (2, ATCC 25922) E. coli incubato (A) con e (B) senza aggiunta di CCCP (100 M). La significatività statistica è compresa tra l'assenza o la presenza di CCCP e tra il tipo selvaggio e ilvalore di tolCE. coli. I dati riportati sono la media: SD per tre esperimenti. Questa cifra è adattata dalla nostra precedente pubblicazione15, e illustra l'uso della spettroscopia per chiarire il ruolo dell'efflusso sull'accumulo intracellulare. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Misurazione della citometria di flusso dell'accumulo di sonda derivato da antibiotici. Misurazione della citometria di flusso dell'accumulo cellulare utilizzando TMP-NBD in tipo selvaggio (1, ATCC 25922) ea slC (2, ATCC 25922) E. coli incubato con e senza aggiunta di CCCP (100 M). L'attività di fluorescenza mediana è illustrata da 10.000 eventi batterici, il significato statistico (sezione , p , 0,001; , p , 0,0001) è mostrato tra l'assenza e la presenza di CCCP e tra il tipo selvaggio eilcol . I dati riportati sono la media: SD per tre esperimenti. Questa cifra è adattata dalla nostra precedente pubblicazione15, e illustra l'uso della citometria di flusso per chiarire il ruolo dell'efflusso sull'accumulo intracellulare. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Visualizzazione microscopia confocale della localizzazione della sonda NBD. Immagini di microscopia confocale di 1) S. aureus dal vivo etichettate con Hoechst-33342 (blu, acido nucleico), TMP-NBD (verde), FM4-64FX (rosso, membrana) e sovrapposto; 2) E. coli vivo trattato con CCCP (efflux inhibitor) etichettato con cipro-NBD (verde), FM4-64FX (rosso, membrana) e sovrapposto; 3) E. coli vivo etichettato con cipro-NBD (verde), FM4-64FX (rosso, membrana), e sovrapposto. Questa cifra è adattata dalle nostre pubblicazioni precedenti15,16, e illustra l'uso della microscopia per esaminare la localizzazione della sonda, compreso l'impatto dell'efflusso. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Visualizzazione della microscopia confocale della localizzazione della sonda DMACA. Immagini microscopia confocale di S. aureus dal vivo etichettato con sonda oxazolidinone Lz-DMACA (blu), verde sciox (verde, acido nucleico) e FM4-64FX (rosso, membrana). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| MIC (G/mL) |
| Specie | Ceppo | Cipro | Cipro-NBD | Cipro-DMACA | Tmp | TMP-NBD | TMP-DMACA | Linezolid (Lz) | Lz-NBD | Lz-DMACA |
| Staphylococcus aureus | ATCC 25923 | 0.125 - 0.5 | 32 - 64 USD | 16 | 1 | 16 | >64 | | | |
| ATCC 43300 | | | | | | | 1 | 16 | >64 |
| Streptococcus pneumoniae | ATCC 700677 | | | | | | | 1 | 4 | 64 |
| Enterococcus faecium | ATCC 35667 | 1 - 8 | 32 | 32 - 64 USD | | | | | | |
| ATCC 51559 | | | | | | | 2 | 16 | 32 |
| Klebsiella pneumoniae | ATCC 13883 | 0.015 - 0.06 | 8 - 16 | 8 - 32 | | | | | | |
| Pseudomonas aeruginosa | ATCC 27853 | 0.25 - 1 | 32 - 64 USD | 32 - 64 USD | | | | | | |
| Escherichia coli | ATCC 25922 | 0.004 | 8 | 2 | 0.5 | >64 | >64 | | | |
| Mutante - TolC | | | | 0.125 | 0.25 | 2 | | | |
Tabella 1. Attività antibiotiche delle sonde antibiotiche fluorescenti basate su ciprofloxacin, trimethoprim e linezolid contro adeguati ceppi batterici clinicamente rilevanti, misurati da analisi MIC di microdiluizione del brodo. Nella maggior parte dei casi, le sonde hanno perso una certa attività rispetto al farmaco genitore, ma hanno mantenuto una certa potenza antibiotica misurabile (sufficiente per essere utile in ulteriori studi).