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English version available: "Drug Design Inspired by Nature: Crystallographic Detection of an Auto‐Tailored Protease Inhibitor Template", https://doi.org/10.1002/anie.201812348, Das De‐novo‐Design neuer Wirkstoffmoleküle ist nach wie vor eine anspruchsvolle Aufgabe bei der Suche nach wirksamen und selektiven Modulatoren für therapeutisch relevante Zielproteine. Hier berichten wir über die unerwartete Entdeckung eines peptidischen Liganden durch Röntgenkristallographie, der vom therapeutischen Zielprotein MMP‐13 durch partiellen Selbstabbau generiert wurde, und die anschließende strukturbasierte Optimierung dieses Peptids zu einem hochwirksamen und selektiven β‐Faltblatt‐Peptidmimetikum der endogenen Gewebeinhibitoren von Metalloproteinasen (TIMPs). Der Einbau von nicht‐proteinogenen Aminosäuren in Kombination mit einer Zyklisierungsstrategie erwies sich als entscheidend für das De‐novo‐Design der TIMP‐Peptidmimetika. Das optimierte zyklische Peptid (ZHAWOC7726) ist membrangängig, hat einen IC50‐Wert von 21 nm für MMP‐13 und ein vielversprechendes Selektivitätsprofil bezüglich eines polypharmakologischen Ansatzes mit den Anti‐Krebs‐Zielproteinen MMP‐2 (IC50: 170 nm) und MMP‐9 (IC50: 140 nm).

Leucinostatin A ist eine der potentesten antiprotozoischen Verbindungen, die jemals beschrieben wurden, aber bisher war wenig über die Struktur-Aktivitäts-Beziehung (SAR) bekannt. Trypanosoma brucei wurde als Protozoen-Modellorganismus verwendet, um synthetisch modifizierte Derivate zu testen. Dabei wurden die vereinfachten, aber gleichermaßen aktiven Verbindungen 2 (ZHAWOC6025) und 4 (ZHAWOC6027) identifiziert. Anschließend wurden Modifikationen in allen Teilen des Moleküls durchgeführt, um ein besseres SAR-Verständnis zu erlangen. Die antiprotozoische SAR stimmte mit der SAR in Phospholipid-Liposomen überein, wobei die Membranintegrität, das Durchlässigkeitsverhalten und die Dynamik untersucht wurden. Die antiprotozoale Wirkung der natürlichen und synthetischen Leucinostatine liegt in der Destabilisierung der inneren Mitochondrienmembran, wie durch Ultrastrukturanalyse, Elektronenmikroskopie und Mitochondrienfärbung gezeigt wurde. Eine subletale Langzeitexposition von T. brucei (200 Passagen) und ein siRNA-Screening von 12′000 Mutanten zeigten keine Anzeichen einer Resistenzentwicklung gegenüber den synthetischen Derivaten.

The natural phenomenon of drug resistance is a widespread issue that hampers the performance of drugs in many major clinical indications. Antibacterial and antifungal drugs are affected, as well as compounds for the treatment of cancer, viral infections, or parasitic diseases. Despite the very diverse set of biological targets and organisms involved in the development of drug resistance, the underlying molecular mechanisms have been identified to understand the emergence of resistance and to overcome this detrimental process. Detailed structural information on the root causes for drug resistance is nowadays frequently available, so next-generation drugs can be designed that are anticipated to suffer less from resistance. This knowledge-based approach is essential for fighting the inevitable occurrence of drug resistance.

Das natürliche Phänomen der Wirkstoffresistenz stellt eine universelle Beeinträchtigung des Nutzens von pharmazeutischen Wirkstoffen in vielen klinischen Indikationen dar. Antibakterielle und antifungale Wirkstoffe sind dabei ebenso betroffen wie Wirkstoffe zur Behandlung von Krebs, Virusinfektionen oder durch Parasiten hervorgerufene Erkrankungen. Trotz der unterschiedlichen biologischen Zielstrukturen und Organismen, die bei der Entwicklung von Wirkstoffresistenzen involviert sind, konnten grundlegende molekulare Prozesse identifiziert werden, die zum Verständnis des Auftretens von Resistenzen beitragen und die Bekämpfung dieser nachteiligen Mechanismen erlauben. Strukturelle Informationen über die Prinzipien von Wirkstoffresistenzen sind heute vielfältig vorhanden, sodass neue Wirkstoffe entwickelt werden können, die weniger anfällig gegenüber einer Resistenzbildung sein werden. Dieser wissensbasierte Ansatz ist eine Grundlage für den Kampf gegen das unvermeidbare Auftreten von Wirkstoffresistenzen.

Als empfindlicher Nachweis auf eine Nucleaseaktivität dient das Fluoreszenzverhalten der Phosphorsäurediester 1 und 2. Zwar fluoreszieren 1 und 2 wegen intramolekularer Löschung nicht, doch werden die fluorophoren Naphthylphosphate und Naphthole durch Hydrolyse freigesetzt, was zu einem extrem starken Anstieg der Fluoreszenzintensität führt. Durch kombinierte Anwendung von 1 und 2 wird die Detektion von Phosphatase- neben Phosphodiesteraseaktivität möglich.

Gesucht und gefunden: Nach Jahren der Fokussierung auf synthetische Antibiotika konnte jetzt ein neuartiger antibiotischer Wirkstoff durch konventionelles Screening in mikrobiellen Naturstoffextrakten entdeckt werden: Pseudouridimycin (PUM). Der selektive Nukleosid-Analogon-basierte Inhibitor der bakteriellen RNA-Polymerase zeigt ein breites Wirkspektrum und eine geringe Resistenzrate.

Neue Strategien zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen zu finden, ist eine der grössten globalen Herausforderungen für die Gesundheitssysteme. In den letzten Jahrzehnten gab es eine drastische Zunahme an humanpathogenen Bakterien, die resistent gegen Antibiotika sind. Immer mehr Infektionen, die durch resistente Mikroorganismen verursacht werden, lassen sich nicht mehr mit konventionellen Behandlungen kurieren, und selbst Reserveantibiotika verlieren ihre Wirkung. Zusätzlich sind die Entwicklungsströme an neuen Antibiotika aus der pharmazeutischen Industrie in den letzten Jahrzehnten versiegt. Die Weltgesundheitsorganisation hat mit ihrem Aufruf „Combat drug resistance: no action today means no cure tomorrow“ eine Zunahme der Forschungsaktivitäten auf diesem Gebiet stimuliert, und mehrere neue,vielversprechende Strategien zur Wiederherstellung antibiotischer Behandlungsoptionen konnten seitdem entwickelt werden.