Tuberculosis remains a large global disease burden for which treatment regimens are protracted and monitoring of disease activity difficult. Existing detection methods rely almost exclusively on bacterial culture from sputum which limits sampling to organisms on the pulmonary surface. Advances in monitoring tuberculous lesions have utilized the common glucoside [18F]FDG, yet lack specificity to the causative pathogen Mycobacterium tuberculosis (Mtb) and so do not directly correlate with pathogen viability. Here we show that a close mimic that is also positron-emitting of the non-mammalian Mtb disaccharide trehalose - 2-[18F]fluoro-2-deoxytrehalose ([18F]FDT) - can act as a mechanism-based enzyme reporter in vivo. Use of [18F]FDT in the imaging of Mtb in diverse models of disease, including non-human primates, successfully co-opts Mtb-specific processing of trehalose to allow the specific imaging of TB-associated lesions and to monitor the effects of treatment. A pyrogen-free, direct enzyme-catalyzed process for its radiochemical synthesis allows the ready production of [18F]FDT from the most globally-abundant organic 18F-containing molecule, [18F]FDG. The full, pre-clinical validation of both production method and [18F]FDT now creates a new, bacterium-specific, clinical diagnostic candidate. We anticipate that this distributable technology to generate clinical-grade [18F]FDT directly from the widely-available clinical reagent [18F]FDG, without need for either bespoke radioisotope generation or specialist chemical methods and/or facilities, could now usher in global, democratized access to a TB-specific PET tracer.

ABSTRACT Drug resistant Neisseria gonorrhoeae is a serious global health concern. New drugs are needed that can overcome existing drug resistance, as well as limit development of new resistance. We describe the small molecule tricyclic pyrimidoindole JSF-2414 [8-(6- fluoro-8-(methylamino)-2-((2-methylpyrimidin-5-yl)oxy)-9H-pyrimido[4,5-b]indol-4-yl)-2- oxa-8-azaspiro[4.5]decan-3-yl)methanol], which simultaneously binds to ATP binding regions of DNA gyrase (GyrB) and topoisomerase (ParE). JSF-2414 displays potent activity against N. gonorrhoeae including drug-resistant strains. A phosphate prodrug JSF-2659 was developed to facilitate oral dosing. In two different animal models of Neisseria gonorrhoeae vaginal infection, JSF-2659 was highly efficacious in reducing microbial burdens to the limit of detection. The parent molecule also showed potent in vitro activity against high-threat Gram positive organisms, and JSF-2659 was shown in a deep tissue model of VRSA and a model of C. difficile -induced colitis to be highly efficacious and protective. JSF-2659 is a novel drug candidate against high-threat multidrug resistant organisms with low potential to develop new resistance.

SUMMARY Natural products provide a rich source of potential antimicrobials for use in treating infectious diseases for which drug resistance has emerged. Foremost among these is tuberculosis. Assessment of the antimycobacterial activity of nargenicin, a natural product that targets the replicative DNA polymerase of Staphylococcus aureus , revealed that it is a bactericidal genotoxin that induces a DNA damage response in Mycobacterium tuberculosis ( Mtb ) and inhibits growth by blocking the replicative DNA polymerase, DnaE1. Cryo-electron microscopy revealed that binding of nargenicin to Mtb DnaE1 requires the DNA substrate such that nargenicin is wedged between the terminal base pair and the polymerase and occupies the position of both the incoming nucleotide and templating base. Comparative analysis across three bacterial species suggests that the activity of nargenicin is partly attributable to the DNA binding affinity of the replicative polymerase. This work has laid the foundation for target-led drug discovery efforts focused on Mtb DnaE1.