Discovery of antibiotics that selectively kill metabolically dormant bacteria

抗生素 细菌 生物 微生物学 药物发现 鲍曼不动杆菌 脂多糖 细菌细胞结构 毒性 计算生物学 生物化学 化学 铜绿假单胞菌 遗传学 免疫学 有机化学
作者
Erica J. Zheng,Jacqueline A. Valeri,Ian W. Andrews,Aarti Krishnan,Parijat Bandyopadhyay,Melis N. Anahtar,Alice L Herneisen,Fabian Schulte,Brooke Linnehan,Felix Wong,Jonathan Stokes,Lars D. Renner,Sebastian Lourido,James J. Collins
出处
期刊:Cell chemical biology [Elsevier]
卷期号:31 (4): 712-728.e9 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.chembiol.2023.10.026
摘要

Summary

There is a need to discover and develop non-toxic antibiotics that are effective against metabolically dormant bacteria, which underlie chronic infections and promote antibiotic resistance. Traditional antibiotic discovery has historically favored compounds effective against actively metabolizing cells, a property that is not predictive of efficacy in metabolically inactive contexts. Here, we combine a stationary-phase screening method with deep learning-powered virtual screens and toxicity filtering to discover compounds with lethality against metabolically dormant bacteria and favorable toxicity profiles. The most potent and structurally distinct compound without any obvious mechanistic liability was semapimod, an anti-inflammatory drug effective against stationary-phase E. coli and A. baumannii. Integrating microbiological assays, biochemical measurements, and single-cell microscopy, we show that semapimod selectively disrupts and permeabilizes the bacterial outer membrane by binding lipopolysaccharide. This work illustrates the value of harnessing non-traditional screening methods and deep learning models to identify non-toxic antibacterial compounds that are effective in infection-relevant contexts.

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