ओवरलैप द्वारा Synergistic दवा संयोजनों की उच्च-प्रवाह पहचान2 विधि
Summary
Synergistic दवा संयोजन मुश्किल और समय लेने के लिए empirically की पहचान कर रहे हैं । यहां, हम synergistic छोटे अणुओं की पहचान और मांयता के लिए एक विधि का वर्णन ।
Abstract
हालांकि रोगाणुरोधी दवाओं नाटकीय रूप से 20वें सदी में जीवन की उम्र और गुणवत्ता में वृद्धि हुई है, रोगाणुरोधी प्रतिरोध हमारे पूरे समाज प्रणालीगत संक्रमण का इलाज करने की क्षमता की धमकी दी. संयुक्त राज्य अमेरिका में अकेले, एंटीबायोटिक प्रतिरोधी संक्रमण लगभग २३,००० लोगों को एक साल और लागत के आसपास की हत्या २०,०००,०००,००० अतिरिक्त हेल्थकेयर में अमरीकी डालर । एक दृष्टिकोण रोगाणुरोधी प्रतिरोध का मुकाबला करने के लिए संयोजन चिकित्सा है, जो संक्रमण के महत्वपूर्ण प्रारंभिक चरण में विशेष रूप से उपयोगी है, संक्रमित जीव और इसकी दवा प्रतिरोध प्रोफ़ाइल की पहचान की गई है पहले । कई रोगाणुरोधी उपचार संयोजन चिकित्सा का उपयोग करें । हालांकि, इन संयोजनों के सबसे additive रहे हैं, जिसका अर्थ है कि संयुक्त प्रभावकारिता व्यक्तिगत एंटीबायोटिक प्रभावकारिता का योग के रूप में ही है । कुछ संयोजन चिकित्सा synergistic हैं: संयुक्त प्रभावकारिता बहुत additive से अधिक है । Synergistic संयोजन विशेष रूप से उपयोगी होते हैं क्योंकि वे रोगाणुरोधी दवा प्रतिरोधी उपभेदों के विकास को बाधित कर सकते हैं. हालांकि, इन संयोजनों दुर्लभ है और पहचान करने के लिए मुश्किल है । यह एक pairwise तरीके से परीक्षण किया जा करने के लिए आवश्यक अणुओं की सरासर संख्या के कारण है: १,००० अणुओं की एक पुस्तकालय १,०००,००० संभावित संयोजन है । इस प्रकार तालमेल के लिए अणुओं की भविष्यवाणी करने के प्रयास किए गए हैं. यह आलेख वर्णन करता है कि हमारे synergistic छोटे अणु अधिव्याप्त2 विधि (O2M) के रूप में जाना जाता जोड़ों के लिए अनुमान लगाने के लिए उच्च-प्रवाह विधि । O2M रासायनिक-आनुवंशिक datasets से पैटर्न का उपयोग करता है म्यूटेंट है कि एक synergistic जोड़ी में प्रत्येक अणु के लिए अनुभुत रहे हैं, लेकिन अन्य अणुओं की पहचान करने के लिए. ब्राउन लैब अणुओं के लिए एक उच्च प्रवाह स्क्रीन है कि उत्परिवर्ती लेकिन नहीं जंगली प्रकार की कोशिकाओं के विकास को बाधित प्रदर्शन से इस विकास के अंतर का दोहन । है लैब काम पहले अणुओं की पहचान की है कि एंटीबायोटिक trimethoprim और रोधी दवा fluconazole इस रणनीति का उपयोग कर के साथ synergize । यहाँ, लेखकों उपन्यास synergistic संयोजन है, जो कई सूक्ष्मजीवों के लिए बदला जा सकता है के लिए स्क्रीन करने के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं ।
Introduction
एंटीबायोटिक प्रतिरोधी बैक्टीरिया से अधिक २,०००,००० संक्रमण और २३,००० के अनुसार संयुक्त राज्य अमेरिका में प्रतिवर्ष होने वाली मौतों के कारण1सीडीसी । इन संक्रमणों से उबरने के लिए नए उपचार की जरूरत है । इन नए उपचार की पहचान करने के लिए रणनीति नई रोगाणुरोधी दवाओं के विकास या छोटे अणुओं की repurposing अन्य स्थितियों के लिए अनुमोदित2,3,4के इलाज के लिए शामिल हैं । हालांकि, नई दवा खोज बहुत महंगा है और समय लेने वाली । Repurposing दवाओं उपंयास दवाओं या दवा लक्ष्य5,6की पहचान नहीं कर सकते हैं । हमारी प्रयोगशाला एक तिहाई synergistic संयोजन चिकित्सा के रूप में जाना जाता रणनीति पर केंद्रित है । Synergistic युग्म हो जब दो छोटे अणुओं के साथ एक प्रभावकारिता उनके व्यक्तिगत efficacies के additive प्रभाव से अधिक है7। इसके अतिरिक्त, synergistic संयोजन एक रोगज़नक़ के खिलाफ प्रभावी कम अवांछित दूर होने के अलावा में जोड़ी में छोटे अणुओं में से एक के लिए प्रतिरोधी हो सकता है-लक्ष्य प्रभाव, उंहें महान क्षमता प्रतिपादन8,9, 10.
Synergistic जोड़े दुर्लभ हैं, दवा संयोजनों की लगभग 4-10% में होने वाली11,12,13. इस प्रकार, pairwise स्क्रीन के रूप में पारंपरिक तकनीक को चुनौती दे रहे है और समय लेने वाली, एक सौ अणुओं के एक छोटे पुस्तकालय से संभावित संयोजन के हजारों के साथ । इसके अलावा, synergistic बातचीत आमतौर पर यौगिकों14की गतिविधि से नहीं की भविष्यवाणी की जा सकती है । हालांकि, लेखकों synergistic जोड़े के लिए स्क्रीन करने के लिए एक उच्च प्रवाह दृष्टिकोण विकसित, ओवरलैप2 विधि (O2M)12कहा जाता है । इस विधि, यहां वर्णित है, तेजी से, इन synergistic जोड़े की अधिक कुशल पहचान के लिए अनुमति देता है । O2M एक ज्ञात synergistic जोड़ी और एक रासायनिक आनुवंशिकी डेटासेट के उपयोग की आवश्यकता है । रासायनिक-आनुवंशिकी डेटासेट उत्पन्न होते हैं जब एक पुस्तकालय नॉकआउट म्यूटेंट के कई विभिन्न छोटे अणुओं की उपस्थिति में उगाया जाता है । यदि एक ज्ञात synergistic जोड़ी में एक अणु दूसरा synergistic अणु, किसी भी अंय छोटे अणु है कि एक ही उत्परिवर्ती से phenotype भी synergize के प्रत्येक सदस्य के साथ जाना चाहिए के रूप में एक विशेष नॉकआउट उत्परिवर्ती से ही phenotype लाती है ज्ञात synergistic जोड़ी । इस तर्क भूरे रंग के लैब में इस्तेमाल किया गया है synergistic एंटीबायोटिक ई कोलाई (ई. कोलाई) और synergistic रोधी दवा के खिलाफ सक्रिय जोड़े की पहचान रोगजनक कवक के खिलाफ सक्रिय जोड़े Cryptococcus neoformans (सी । neoformans)11,12. O2M न केवल विभिन्न रोगजनकों के लिए अनुकूलनीय है, लेकिन synergistic जोड़े आसानी से और तेजी से पहचान करने के लिए अणुओं के बड़े पुस्तकालयों की स्क्रीनिंग के लिए अनुमति देता है । आनुवंशिक O2M द्वारा की पहचान उत्परिवर्ती के साथ स्क्रीनिंग हमें केवल उन छोटे तालमेल के लिए भविष्यवाणी की अणुओं को मांय करने की अनुमति देता है । इस प्रकार, परीक्षण एक २,०००-अणु पुस्तकालय pairwise महीने लगेंगे, जबकि अगर उस पुस्तकालय में केवल 20 अणुओं synergize की भविष्यवाणी की थी, तालमेल के लिए परीक्षण अब दिनों की बात लेता है । O2M प्रोग्रामिंग कौशल की आवश्यकता नहीं है, और आवश्यक उपकरण सबसे प्रयोगशालाओं या मुख्य सुविधाओं में उपलब्ध है । दवा संयोजन में रुचि रखने वाले शोधकर्ताओं के अलावा, O2M विश्लेषण किसी को भी, जो एक दवा स्क्रीन पूरी कर ली है के लिए ब्याज की है और महत्वपूर्ण दवा दवा बातचीत की पहचान करके अपनी हिट का विस्तार करना चाहता है । नीचे बैक्टीरिया में synergistic छोटे अणुओं की पहचान करने के लिए प्रोटोकॉल है, साथ ही साथ में भविष्यवाणी की synergistic बातचीत मांय परख15,16जाना जाता है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
Synergistic छोटे अणु जोड़े माइक्रोबियल संक्रमण के उपचार में एक शक्तिशाली उपकरण हो सकता है, अभी तक वे अपने पूर्ण नैदानिक क्षमता तक पहुंच नहीं है क्योंकि Synergistic जोड़े की पहचान करने के लिए चुनौती दे रहे हैं । इस काग?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम पैथोलॉजी विभाग, यूटा के विश्वविद्यालय से एक स्टार्टअप अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था J.C.S.B.
Materials
| Bioscreen C | instrument | Growth Curves USA | |
| Synergy H1 | instrument | BioTek | |
| M9 broth | reagent | Amresco | J863-500G |
| Casamino Acids | reagent | Fisher Scientific | BP1424-500 |
| Glucose | reagent | Sigma | G7021-10KG |
| Nicotinic Acid | reagent | Alfa Aesar | A12683 |
| Thiamine | reagent | Acros Organics | 148991000 |
| CaCl2 Dihydrate | reagent | Fisher | C79-500 |
| MgSO4 Heptahydrate | reagent | Fisher | M63-500 |
| chemical-genetics dataset | dataset | examples include Nichols et al., Cell, 2011, Brown et al, Cell, 2014, and others cited in the text. | |
| trimethoprim (example input drug; any can be used) | reagent | Fisher Scientific | ICN19552701 |
| sulfamethoxazole (example test drug; any can be used) | reagent | Fisher Scientific | ICN15671125 |
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