Antimikrobiální peptidy (AMP) jsou molekuly skládající se z 12–50 aminokyselinových zbytků, které mají antimikrobiální (antibakteriální) aktivitu [1] [2] [3] a jsou klíčovou složkou imunitních obranných systémů organismů [4] .
Asi před 20 lety byly v hemolymfě hmyzu, lidských neutrofilech a v hlenu pokrývajícím kůži žab nalezeny krátké peptidy s antimikrobiální aktivitou . Poprvé byly izolovány antimikrobiální peptidy cekropiny ( angl. cecropin ) z hemolymfy housenek bource Hyalophora cecropina . [5] Cekropiny měly silnou antimikrobiální aktivitu, ale nejen to, ale i velmi vysoká specifičnost působení těchto látek byla překvapivá. Cecropiny byly vysoce účinné pouze proti Escherichia coli . Později Michael Zasloff zjistil, že kůže žáby v reakci na mikrobiální útok nebo poškození vylučuje velké množství antimikrobiálních peptidů skládajících se z 23 aminokyselin. V roce 1988 bylo prokázáno, že antimikrobiální peptidy mohou vylučovat i savci. Antimikrobiální peptidy jsou produkovány i rostlinami. Thioniny jsou rostlinné peptidy, objevené téměř před 50 lety. Zajímavostí je, že drosomycinový peptid z ovocné mušky je svou strukturou podobný defensinu ze semen ředkvičky, antimikrobiální peptidy ze sekretu motýlů připomínají thioniny ječmene nebo pšenice.
Jedním z nejcharakterističtějších antimikrobiálních peptidů a vysoce prozkoumaným je peptid melittin izolovaný z včelího jedu [4] .
Struktura a sekvence aminokyselin antimikrobiálních peptidů se velmi liší, ale antimikrobiální peptidy sdílejí řadu společných vlastností. Všechny jsou syntetizovány jako velké prekurzory se signálními sekvencemi, které jsou následně modifikovány buď v důsledku odštěpení části sekvence, nebo v důsledku glykosylace či halogenace. Všechny antimikrobiální peptidy jsou amfipatické molekuly . Mají jak hydrofobní oblast, která reaguje s lipidy , tak hydrofilní oblast, která interaguje s vodou nebo záporně nabitými ionty. Molekuly antimikrobiálních peptidů jsou obvykle kladně nabité, což jim pomáhá interagovat se záporně nabitými bakteriálními membránami.
Existují čtyři hlavní třídy antimikrobiálních peptidů:
Antimikrobiální peptidy působí na gramnegativní i grampozitivní bakterie, stejně jako na houby , viry a prvoky . Antimikrobiální peptidy navíc vykazují antimikrobiální aktivitu proti bakteriálním kmenům odolným vůči antibiotikům .
Antimikrobiální peptidy působí na negativně nabitou vnější membránu gramnegativních bakterií. Na povrchu této membrány jsou kationty hořčíku, které neutralizují negativní náboj na povrchu membrány. Antimikrobiální peptidy tyto ionty vytěsňují a buď se silně vážou na negativně nabitý lipopolysacharid , nebo neutralizují negativní náboj na povrchu membrány, narušují její strukturu a pronikají do periplazmatického prostoru.
Cytoplazmatická membrána bakterií je také negativně nabitá. Antimikrobiální peptidy se mohou integrovat do cytoplazmatické membrány a měnit svou konformaci za vzniku struktur, jako jsou kanály, které narušují integritu buňky. Antimikrobiální peptidy, které jsou pozitivně nabité, pronikají do cytoplazmy bakterie nebo jiného parazita a vážou se na buněčné polyanionty (jako je DNA a RNA ), což také vede ke smrti bakteriální buňky. Kromě toho mezi existující modely působení antibakteriálních peptidů na mikrobiální buňku existuje tzv. koberec model. Pozitivně nabité peptidové molekuly, jak to bylo, vystýlají záporně nabitou bakteriální membránu a tvoří molekulární koberec. Když je celý povrch bakterie obsazen peptidy, její membrána se začne rozpadat na kousky.
Antibiotika jsou široce používána v boji proti bakteriálním infekcím , avšak jejich užívání se potýká s problémem vzniku rezistentních kmenů mikroorganismů . Pro bakterie je mnohem obtížnější vyvinout rezistenci na antimikrobiální peptidy. Proto mohou být antimikrobiální peptidy dobrou alternativou antibiotik. Využití antimikrobiálních peptidů v klinice však stále naráží na řadu překážek. Takže při nitrožilním podání antimikrobiální peptidy zaplaví zdravé tkáně a jen určitá část z nich se dostane do místa infekce. Hostitelské proteázy štěpí antimikrobiální peptidy dříve, než dosáhnou svého cíle. Aktivita antimikrobiálních peptidů in vivo se často liší od aktivity peptidů in vitro . Polyphemysin izolovaný z hemolymfy korýšů, který vykazoval vysokou antimikrobiální aktivitu in vitro , tedy nevykazoval žádnou antimikrobiální aktivitu na zvířecích modelech. Další překážkou širokého použití antimikrobiálních peptidů je jejich vysoká cena. Zatím je nelze získat ve velkém jako antibiotika a náklady na léčbu antimikrobiálními peptidy budou asi 100 dolarů za den.
V současné době rozsáhlé šíření antibiotické rezistence vyžaduje hledání a vývoj nových antimikrobiálních léků. Z tohoto pohledu jsou velmi zajímavé defensiny (ale i antimikrobiální peptidy obecně). Bylo prokázáno, že defensiny mají výraznou antibakteriální aktivitu proti širokému spektru patogenů [6] . Kromě toho mohou defensiny zvýšit účinnost antibiotik již používaných v lékařské praxi [6] .
Antimikrobiální peptidy jsou silné chemoatraktanty schopné rekrutovat buňky prezentující antigen , čímž podporují získanou imunitní odpověď . Jsou také chemoatraktanty žírných buněk .
Fytopatogeny jsou hlavním problémem při pěstování rostlin. Choroby rostlin mají za následek ztrátu přibližně 30-50 miliard dolarů ročně. Pesticidy nejsou nejlepším řešením problému fytopatogenů , protože pesticidy jsou pro člověka toxické a poškozují životní prostředí. Řešením problému fytopatogenů mohou být transgenní rostliny exprimující antimikrobiální peptidy. Kromě toho byly získány transgenní ryby, které nadprodukovaly antimikrobiální peptidy . Tyto ryby měly zvýšenou odolnost vůči infekcím.
Nisinový peptid ( en:Nisin ) se již používá jako konzervant potravin a jako prostředek k udržení čerstvé růže. Cekropiny se doporučuje používat k dezinfekci kontaktních čoček. A magaininové peptidy mohou zničit spermie , což umožňuje vyrábět antikoncepční prostředky na jejich základě.
Vědci z University of Massachusetts se pokusili vytvořit umělé antimikrobiální peptidy pomocí lingvistiky . Byl vytvořen lingvistický model přírodních antimikrobiálních peptidů . Lingvistická analýza umožnila identifikovat asi 700 charakteristických frází o 10 aminokyselinách ve známých antimikrobiálních peptidech. Z těchto slov byly uměle vytvořeny nové peptidy skládající se z 20 aminokyselin . Přitom 18 ze 42 umělých peptidů mělo silný antimikrobiální účinek. Byly získány přípravky proti antraxu Bacillus anthracis a Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus . Umělé peptidy vytvořené ze stejných aminokyselin, ale uspořádané v náhodném pořadí, sloužily jako kontrola v tomto experimentu. Antimikrobiální účinek byl přitom detekován pouze u dvou ze 42 peptidů, což ukazuje na roli opakujících se gramatických struktur při konstrukci nového antimikrobiálního peptidu.
| Antimikrobiální peptidy : obsah granulocytárních granulí | |
|---|---|
| Azurofilní granule : |
|
| Specifické neutrofilní granule : |
|
| Eosinofilní granule : |
|