Organická syntéza přírodních látek jako nástroj proti antibiotické rezistenci

Antibiotická rezistence patří mezi nejzávažnější zdravotní hrozby současnosti a její důsledky zasahují daleko za samotnou léčbu infekcí. Ovlivňuje možnosti chirurgie, transplantací, onkologické péče i léčby chronických onemocnění. Jednou z cest k novým účinným antibiotikům může být návrat k mimořádné chemické rozmanitosti přírodních látek – v kombinaci s moderní organickou syntézou. Právě tomuto tématu se na konferenci „Antibiotická rezistence v ČR: Jak společně zastavit nezastavitelné“ věnoval Mgr. Ondřej Kováč, Ph.D. z Univerzity Palackého v Olomouci.

Přednáška „Organická syntéza přírodních látek jako nástroj proti antibiotické rezistenci“ zazněla v rámci bloku Přístupy a strategie v boji proti AMR a ukázala, proč zůstávají přírodní produkty jedním z nejvýznamnějších zdrojů inspirace pro vývoj nových antibiotik a jak může organická syntéza pomoci překonat omezení jejich přirozeného získávání.

Konference CZEPAR 2026

• 10. - 11. listopadu 2026
• Hotel Clarion, České Budějovice

👉Early bird registrace do 20. září

CZEPAR: CZEPAR 2026 - Early bird registrace

Příroda jako zdroj antibiotik

Historie antibiotik je s přírodními látkami úzce propojena. Mikroorganismy, jako jsou zástupci rodů Streptomyces, Kitasatospora či Penicillium, i další přírodní zdroje produkují strukturálně rozmanité molekuly s biologickou aktivitou.

Přibližně 70–80 % antibiotik je přírodního původu. Do této skupiny nebo mezi látky inspirované přírodními produkty patří například peniciliny, aminoglykosidy, tetracykliny, makrolidy, glykopeptidy, cefalosporiny, linkosamidy, karbapenemy, lipopeptidy či pleuromutiliny.

Příroda tak nabízí mimořádně bohatou „knihovnu“ chemických struktur, které mohou sloužit přímo jako antibiotika nebo jako výchozí bod pro vývoj nových molekul. Samotné objevení zajímavého přírodního produktu však ještě nemusí znamenat, že je možné jej jednoduše převést do dalšího vývoje.

Když nestačí látku pouze izolovat

Jedním z problémů přírodních produktů může být jejich omezená dostupnost. Příkladem může být platensimycin, inhibitor FabF, jehož izolace poskytovala pouze přibližně 1–2 mg látky z 10–20 litrů fermentační kultury.

Právě zde získává zásadní význam organická syntéza. Tu můžeme přirovnat k tzv. „molekulárnímu puzzle“. Chemik rozloží komplexní strukturu na jednodušší části a následně hledá cestu, jak je efektivně spojit do výsledné molekuly.

Tento přístup může řešit hned několik problémů. Umožňuje potvrdit strukturu přírodního produktu, připravit větší množství látky pro další biologické testování a především vytvářet její modifikované analogy. Právě změnou jednotlivých částí molekuly lze následně hledat varianty s vyšší antibakteriální aktivitou nebo jinými výhodnými vlastnostmi.

Iboxamycin: od známé třídy antibiotik k nové molekule

Význam syntetické modifikace přírodních struktur Ondřej Kováč demonstroval na příběhu iboxamycinu (Nature 2021, 599, 507–512)

Výchozí inspiraci představovala linkosamidová antibiotika lincomycin a clindamycin. Prostřednictvím syntézy a cílených strukturních modifikací vznikl iboxamycin – molekula, která podle prezentovaných výsledků vykazovala aktivitu proti širokému spektru bakteriálních patogenů včetně zástupců skupiny ESKAPE.

U iboxamycinu byly prezentovány také výsledky týkající se překonávání některých mechanismů rezistence, nového způsobu vazby a účinnosti v myších modelech. Ve srovnání s předchozími molekulami se zároveň podařilo rozšířit antibakteriální aktivitu i směrem ke gramnegativním bakteriím.

Příklad iboxamycinu tak ukazuje, že chemická syntéza nemusí pouze reprodukovat molekulu vytvořenou přírodou. Může umožnit její zásadnější přetvoření a otevřít prostor k vlastnostem, které původní látka neměla.

Od iboxamycinu k BT-33

Vývoj přitom iboxamycinem neskončil. Dalším příkladem je molekula BT-33, připravená v roce 2025 (Nat. Chem. 2025, 17, 582–589 a J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 29135–29139)

BT-33 vznikla další syntetickou modifikací struktury iboxamycinu. Prezentovaná data ukazovala mimo jiné účinnost vůči řadě bakteriálních kmenů a zlepšení některých vlastností důležitých pro další vývoj.

Mezi vyzdvižené charakteristiky patřilo potlačení rezistence, delší poločas rozpadu, výsledky v myších modelech a postup do preklinického hodnocení. Farmakokinetická data zároveň ukazovala delší poločas BT-33 ve srovnání s iboxamycinem.

Vývoj od lincomycinu a clindamycinu přes iboxamycin až k BT-33 dobře ilustruje princip postupného zdokonalování biologicky aktivní molekuly pomocí syntetické chemie: přírodní struktura nebo struktura od ní odvozená poskytne základ, který lze dále systematicky modifikovat a testovat.

Molekulární „pásová výroba“

Vlastní přístup laboratoře Ondřeje Kováče je popsán jako „molekulární pásová výroba“. Myšlenkou je sestavovat složité molekuly z jednodušších stavebních bloků způsobem, který umožňuje nejen přípravu cílového přírodního produktu, ale také jeho následnou modifikaci.

Taková strategie může zpřístupnit komplexní struktury, které jsou z přírodních zdrojů dostupné pouze v malém množství, a současně vytvořit prostor pro přípravu celé série analogů.

Jako příklady přírodních látek souvisejících s tímto přístupem je uváděn například nocardiopsin D, vykazující aktivitu proti MRSA a VRSA, a simocyclinone D8, u něhož je uveden mechanismus účinku spojený s DNA gyrázou.

Organická syntéza se tak stává nejen metodou pro přípravu známých molekul, ale také prostředkem pro systematické hledání nových biologicky aktivních struktur.

Nová antibiotika nevzniknou v jediné laboratoři

Organická syntéza dokáže vytvořit molekulu, připravit její analogy a cíleně měnit její strukturu a vlastnosti. Sama o sobě však nestačí. Aby bylo možné posoudit skutečný potenciál nové látky, musí se propojit s mikrobiologií, biologickým testováním, medicinální chemií, farmakologií a dalšími obory.

Právě na tomto mezioborovém přístupu stojí také výzkum Kovac Lab, který propojuje syntetickou organickou chemii, medicinální chemii a chemickou biologii. Významnou inspirací jsou přitom přírodní produkty – molekuly s mimořádně rozmanitými chemickými strukturami a biologickými účinky, které mohou představovat výchozí body pro objevování nových léčiv.

Moderní organická syntéza umožňuje tyto komplexní molekuly nejen připravit, ale také navrhovat a vytvářet jejich analogy, optimalizovat jejich vlastnosti a hledat efektivnější cesty jejich syntézy. Propojení chemických a enzymatických přístupů pak dále rozšiřuje možnosti, jak se k biologicky aktivním látkám dostat a jak je využít jako potenciální vedoucí struktury při vývoji léčiv nebo jako nástroje ke studiu biologických procesů.

V oblasti antibiotik se tak potkávají tři zásadní prvky: příroda jako zdroj inspirace, syntetická chemie jako nástroj pro tvorbu a optimalizaci molekul a biologické a antimikrobiální testování jako cesta k ověření jejich skutečného potenciálu.

Právě jejich propojení může otevírat nové možnosti v době, kdy účinnost stávajících antibiotik stále více omezuje rostoucí rezistence. Příroda přitom nabízí obrovské množství chemických řešení, která ještě nemusíme znát nebo plně využívat – a moderní chemie nám dává nástroje, jak je objevovat, upravovat a postupně posouvat směrem k potenciálním novým antibiotikům.