相關(guān)申請的交叉引用
本申請在35U.S.C.§119下要求2011年6月20日提交的美國臨時專利申請序列號61/499,144的權(quán)益；將其全部內(nèi)容引入本文作為參考。
背景技術(shù)
人們早已認識到細菌對抗生素的抗性，且當(dāng)前已將其視為嚴(yán)重的世界健康問題。由于該抗性，一些細菌感染很難使用抗生素治療或者甚至不能治療。隨著最近在某些細菌菌株，比如肺炎鏈球菌(SP)、結(jié)核分枝桿菌和腸球菌中發(fā)展了多藥抗性，該問題變得特別嚴(yán)重。萬古霉素抗性腸球菌的出現(xiàn)特別令人恐慌，因為萬古霉素是之前用于治療該感染的唯一有效的抗生素，對許多感染而言已被視為“最后手段”的藥物。雖然許多其它抗藥細菌例如腸球菌并不引起威脅生命的疾病，但存在誘導(dǎo)抗性的基因可能蔓延到更致命的生物體的擔(dān)心，所述生物體比如金黃色葡萄球菌(Staphylococcus?aureus)，其甲氧西林抗性已普遍流行(De?Clerq,等人,Current?Opinion?in?Anti-infective?Investigational?Drugs,1999,1,1;Levy,The?Challenge?of?Antibiotic?Resistance,Scientific?American,1998年3月)。
另一個關(guān)注是對抗生素的抗性可以如何快速地傳播。例如，直到二十世紀(jì)六十年代，SP普遍對青霉素敏感，并且在1987年，在美國僅0.02%的SP菌株是有抗性的。然而，到了1995年，據(jù)報道SP對青霉素的抗性是約7%，并且在美國的一些部分地區(qū)高達30%(Lewis,FDA?Consumer?magazine(September,1995);Gershman?in?The?Medical?Reporter,1997)。
特別地，醫(yī)院充當(dāng)了抗藥生物體的形成和傳播的中心。在醫(yī)院發(fā)生的感染稱為醫(yī)院內(nèi)感染，正成為越來越嚴(yán)重的問題。每年在醫(yī)院感染的兩百萬美國人中，這些感染中的超過一半抵抗至少一種抗生素。疾病控制中心報道，在1992年，超過13,000名住院患者死于對抗生素治療具有抗性的細菌感染(Lewis,The?Rise?of?Antibiotic-Resistant?Infections,FDA?Consumer?magazine,1995年9月)。
由于對克服抗藥細菌的需要和可獲得藥物的越來越多的失敗，開發(fā)新抗生素的興趣出現(xiàn)復(fù)蘇。對于開發(fā)新抗生素的一種有吸引力的策略是抑制DNA旋轉(zhuǎn)酶和/或拓撲異構(gòu)酶IV，這些細菌酶對DNA復(fù)制是必需的且因此對細菌細胞生長和分裂是所必需的。旋轉(zhuǎn)酶和/或拓撲異構(gòu)酶IV也與DNA轉(zhuǎn)錄、修復(fù)和重組中的事件相關(guān)。
旋轉(zhuǎn)酶是拓撲異構(gòu)酶之一，拓撲異構(gòu)酶是催化DNA的拓撲異構(gòu)體互變的一組酶（一般參見，Kornberg?and?Baker,DNA?Replication,第2d版，第12章，1992,W.H.Freeman?and?Co.;Drlica,Molecular?Microbiology,1992,6,425;Drlica?and?Zhao,Microbiology?and?Molecular?Biology?Reviews,1997,61,第377-392頁)。旋轉(zhuǎn)酶自身控制DNA超螺旋且緩解當(dāng)親代雙螺旋的DNA鏈在復(fù)制過程期間解開時出現(xiàn)的拓撲應(yīng)力。旋轉(zhuǎn)酶還催化松弛的閉合環(huán)形雙鏈體DNA轉(zhuǎn)換為對于重組更有利的負超螺旋形式。超螺旋反應(yīng)的機制涉及旋轉(zhuǎn)酶圍繞DNA的一個區(qū)域的包裹，在那個區(qū)域中的雙鏈斷裂，使DNA的第二個區(qū)域穿過該斷裂，且重新連接斷裂的鏈。這樣的裂解機制是II型拓撲異構(gòu)酶的特征。超螺旋反應(yīng)通過ATP與旋轉(zhuǎn)酶的結(jié)合驅(qū)動。隨后，ATP在反應(yīng)期間水解。這個ATP結(jié)合和后續(xù)水解引起DNA結(jié)合的旋轉(zhuǎn)酶中的構(gòu)象變化，這是其活性必需的。還已發(fā)現(xiàn)DNA超螺旋（或松弛)的水平取決于ATP/ADP比例。在不存在ATP下，旋轉(zhuǎn)酶僅能夠松弛超螺旋DNA。
細菌DNA旋轉(zhuǎn)酶是由兩個A亞基(GyrA)和兩個B亞基(GyrB)組成的400千道爾頓的蛋白質(zhì)四聚體。DNA的結(jié)合和裂解與GyrA相關(guān)，而ATP通過GyrB蛋白質(zhì)結(jié)合并水解。GyrB由具有ATP酶活性的氨基末端結(jié)構(gòu)域以及與GyrA和DNA相互作用的羧基末端結(jié)構(gòu)域組成。相比之下，真核II型拓撲異構(gòu)酶是同源二聚體，其可以松弛負超螺旋和正超螺旋，但不能引入負超螺旋。理想地，基于抑制細菌DNA旋轉(zhuǎn)酶和/或拓撲異構(gòu)酶IV的抗生素對于這些酶是有選擇性的，并且針對真核II型拓撲異構(gòu)酶是相對無活性的。
拓撲異構(gòu)酶IV主要在DNA復(fù)制結(jié)束時解開連接的染色體二聚體。
