Mycobacterium tuberculosis, czynnik wywołujący gruźlicę (TB), jest główną przyczyną zachorowalności i śmiertelności na całym świecie. Gruźlica lekowrażliwości jest chorobą uleczalną, która wymaga stosowania wielu antybiotyków przez okres 6 miesięcy. Pomimo tego, że jest to choroba uleczalna, śmiertelność z powodu gruźlicy oszacowano na 1,5 miliona w 2015 roku1. W ciągu ostatnich 10 lat wzrosły obawy dotyczące występowania lekoopornej M. tuberculosis. Gruźlica wielolekooporna (MDR-TB) jest definiowana jako gruźlica, która jest oporna na co najmniej izoniazyd (INH) i ryfampicynę (RMP), a większość szczepów MDR-TB jest również oporna na wybrane leki przeciwgruźlicze drugiego rzutu, co ogranicza możliwości leczenia. Skutki lekooporności stanowią większe wyzwanie w leczeniu pacjentów jednocześnie zakażonych ludzkim wirusem niedoboru odporności (HIV); 400 000 pacjentów na całym świecie zmarło na gruźlicę związaną z HIV w 2015 roku1. Rozczarowujące jest to, że Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków zatwierdziła tylko jeden nowy lek na gruźlicę przeciwko MDR-TB, bedakilinę, w ciągu ostatnich 40 lat2. Pilnie potrzebne są postępy w znalezieniu lepszych i krótszych terapii gruźlicy, aby utrzymać przewagę w walce z gruźlicą i MDR-TB.
Tradycyjnie, badania przesiewowe leków na gruźlicę są wykonywane w warunkach wzrostu in vitro na pożywce wzrostowej, gdzie związki są dodawane do hodowli i ich skuteczność w zwalczaniu mikroorganizmów jest określana przez liczenie jednostek tworzących kolonie (CFU) na pożywce stałej. Ponieważ liczenie CFU jest pracochłonne, czasochłonne i kosztowne, opracowano różne metody pośrednie w celu złagodzenia tego problemu. Do takich metod zalicza się test żywotności Alamar Blue3, oznaczanie fluorescencji4 z białka zielonej fluorescencji (GFP) lub luminescence5 z bakterii eksprymujących lucyferazę oraz oszacowanie całkowitego trifosforanu adenozyny (ATP)6,7.
Typowa gruźlica charakteryzuje się zakażeniem płuc M. tuberculosis, gdzie bakterie rezydują i namnażają się wewnątrz fagosomów makrofagów pęcherzykowych8. Prosty fenotypowy ekran w bulionie może być odpowiedni dla patogenów zewnątrzkomórkowych; jednak w perspektywie historycznej związki trafione przeciwko M. tuberculosis zidentyfikowane za pomocą tej metody często nie spełniają oczekiwań na dalszych etapach walidacji w modelach infekcji. Sugerujemy, że lek na gruźlicę najlepiej sprawdza się w wewnątrzkomórkowym modelu zakażenia komórek gospodarza. Niemniej jednak modele wewnątrzkomórkowe mają wiele barier technologicznych i biologicznych dla rozwoju wysokoprzepustowych badań przesiewowych (HTS). Dużą przeszkodą jest złożoność procesu infekcji, której przykładem są liczne etapy i staranne usuwanie bakterii zewnątrzkomórkowych poprzez mycie między myciami. Drugą poważną przeszkodą są długie wymagania czasowe, ponieważ wykrywanie wzrostu, zwykle wykonywane przez CFU liczące na płytkach hodowlanych, jest procesem, który trwa ponad 3 tygodnie. Jednym z rozwiązań, które zastąpiło liczbę CFU, została dostarczona przez zautomatyzowaną mikroskopię fluorescencyjną w połączeniu z bakteriami fluorescencyjnymi. Rozwiązanie to wymaga jednak początkowej inwestycji w sprzęt, która jest poza zasięgiem wielu laboratoriów badawczych. Prosta, tania i istotna z punktu widzenia choroby metoda HTS znacznie usprawniłaby proces odkrywania leków.
W tym badaniu przedstawiamy nowy, modułowy system HTS, który ma na celu dostarczenie szybkiego, wysoce skalowalnego, a jednocześnie ekonomicznego testu odpowiedniego do określania aktywności związków przeciwko wewnątrzkomórkowej M. tuberculosis. System ten składa się z trzech modułów: (i) wewnątrzkomórkowego, (ii) cytotoksyczności i (iii) testów w bulionie. Połączony wynik końcowy dostarcza wyczerpującego opisu właściwości związku, wraz z dodatkowymi informacjami na temat potencjalnego sposobu działania. Ten system badań przesiewowych został wykorzystany w kilku projektach z różnymi bibliotekami związków, które są ukierunkowane na sposób działania, w tym analiza synergii leków9, stymulacja autofagii10 oraz hamowanie czynnika wirulencji wydzielanego przez M. tuberculosis (niepublikowane). Badano również związki o nieznanym sposobie działania11. Zmodyfikowana wersja tej metody została również przyjęta przez naszego partnera przemysłowego jako podstawowa metoda przesiewowa w celu identyfikacji nowych związków przeciwko wewnątrzkomórkowej M. tuberculosis11.