Peptydy przeciwdrobnoustrojowe - Antimicrobial peptides

Różne struktury peptydów przeciwdrobnoustrojowych

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe ( AMP ), zwane również peptydami obrony gospodarza ( HDP ) są częścią wrodzonej odpowiedzi immunologicznej występującej u wszystkich klas życia. Między komórkami prokariotycznymi i eukariotycznymi istnieją zasadnicze różnice , które mogą stanowić cele dla peptydów przeciwdrobnoustrojowych . Te peptydy są silnymi antybiotykami o szerokim spektrum, które wykazują potencjał jako nowe środki terapeutyczne. Wykazano, że peptydy przeciwdrobnoustrojowe zabijają bakterie Gram-ujemne i Gram-dodatnie , wirusy otoczkowe, grzyby, a nawet komórki przekształcone lub rakowe. W przeciwieństwie do większości konwencjonalnych antybiotyków wydaje się , że peptydy przeciwdrobnoustrojowe często destabilizują błony biologiczne , mogą tworzyć kanały przezbłonowe , a także mogą mieć zdolność do zwiększania odporności poprzez działanie jako immunomodulatory .

Struktura

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe ze zwierząt, roślin i grzybów uporządkowane według zawartości ich struktury drugorzędowej. Rozmiar koła wskazuje całkowitą masę cząsteczkową każdego peptydu.

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe to wyjątkowa i różnorodna grupa cząsteczek, które są podzielone na podgrupy na podstawie ich składu aminokwasowego i struktury. Peptydy przeciwdrobnoustrojowe mają zazwyczaj od 12 do 50 aminokwasów. Te peptydy zawierają dwie lub więcej dodatnio naładowanych reszt dostarczanych przez argininę , lizynę lub, w środowisku kwaśnym, histydynę i dużą część (zwykle >50%) reszt hydrofobowych. Struktury drugorzędowe tych cząsteczek są zgodne z 4 tematami, w tym i) α-helikalny , ii) β-niciowy ze względu na obecność 2 lub więcej wiązań disiarczkowych , iii) β-szpilka do włosów lub pętla ze względu na obecność pojedynczego wiązania disiarczkowego oraz /lub cyklizacja łańcucha peptydowego i iv) przedłużona. Wiele z tych peptydów nie posiada struktury w wolnym roztworze i fałduje się do swojej końcowej konfiguracji po podziale na błony biologiczne. Zawiera hydrofilowe reszty aminokwasowe ułożone wzdłuż jednej strony i hydrofobowe reszty aminokwasowe ułożone wzdłuż przeciwnej strony cząsteczki helikalnej. Ta amfipatia peptydów przeciwdrobnoustrojowych pozwala im na wnikanie do dwuwarstwy lipidowej błony. Zdolność do łączenia się z błonami jest ostateczną cechą peptydów przeciwdrobnoustrojowych, chociaż permeabilizacja błony nie jest konieczna. Te peptydy mają różnorodne działania przeciwdrobnoustrojowe, od permeabilizacji błony do działania na szereg celów cytoplazmatycznych.

Rodzaj Charakterystyka Ampery
Peptydy anionowe bogaty w kwas glutaminowy i asparaginowy Maximin H5 z płazów, Dermicidin z ludzi
Liniowe kationowe peptydy α-helikalne brak cysteiny Cecropins , andropin, moricin , ceratotoxin i melityny z owadów, magaininy , dermaseptin , bombinin, brevinin-1 esculentins i Buforin II, z płazów CAP18 od królików LL37 od ludzi
Peptyd kationowy wzbogacony o określony aminokwas bogaty w prolinę, argininę, fenyloalaninę, glicynę, tryptofan abaecin i drosocin , apidaecin, diptericin i attacin przed owadami, prophenin świńskie, indolicydyna z bydła.
Peptydy anionowe/kationowe tworzące wiązania dwusiarczkowe zawierają 1 ~ 3 wiązanie dwusiarczkowe

Zajęcia

Sposoby działania peptydów przeciwdrobnoustrojowych

Sposoby działania, za pomocą których peptydy przeciwdrobnoustrojowe zabijają drobnoustroje, są różne i mogą się różnić dla różnych gatunków bakterii. Niektóre peptydy przeciwdrobnoustrojowe zabijają zarówno bakterie, jak i grzyby, np. psoriazyna zabija E. coli i kilka grzybów nitkowatych. Membrana cytoplazmatyczna jest częstym celem, ale peptydy mogą również wpływać na DNA i syntezy białka , fałdowania białka, oraz syntezę ściany komórkowej. Początkowy kontakt między peptydem a organizmem docelowym jest elektrostatyczny, ponieważ większość powierzchni bakteryjnych jest anionowych lub hydrofobowych, tak jak w przeciwdrobnoustrojowym peptydzie Piscidin. Ich skład aminokwasowy, amfipatia, ładunek kationowy i wielkość pozwalają im przyczepiać się do dwuwarstw membrany i wprowadzać do nich w celu utworzenia porów za pomocą mechanizmów „beczkowych”, „dywanowych” lub „toroidalnych”. Alternatywnie, mogą przenikać do komórki, aby wiązać wewnątrzkomórkowe cząsteczki, które są kluczowe dla życia komórki. Modele wiązania wewnątrzkomórkowego obejmują hamowanie syntezy ściany komórkowej, zmianę błony cytoplazmatycznej, aktywację autolizyny, hamowanie syntezy DNA, RNA i białek oraz hamowanie niektórych enzymów. Jednak w wielu przypadkach dokładny mechanizm zabijania nie jest znany. Jedną z nowych technik badania takich mechanizmów jest interferometria z podwójną polaryzacją . W przeciwieństwie do wielu konwencjonalnych antybiotyków, peptydy te wydają się być bakteriobójcze, a nie bakteriostatyczne . Ogólnie aktywność przeciwdrobnoustrojową tych peptydów określa się przez pomiar minimalnego stężenia hamującego (MIC), które jest najniższym stężeniem leku, które hamuje wzrost bakterii.

AMP mogą mieć wiele działań, w tym działanie przeciw bakteriom gram-dodatnim, przeciw bakteriom gram-ujemnym, przeciwgrzybicze, przeciwwirusowe, przeciwpasożytnicze i przeciwrakowe. Duża analiza funkcjonalna AMP wskazuje, że spośród wszystkich aktywności AMP, amfipatii i ładunku, dwie główne właściwości AMP najlepiej odróżniają AMP z aktywnością anty-gram-ujemną i bez niej. Oznacza to, że AMP o aktywności przeciw bakteriom gram-ujemnym mogą preferować lub nawet wymagać silnej amfipatii i dodatniego ładunku netto.

Immunomodulacja

Oprócz bezpośredniego zabijania bakterii wykazano, że mają one szereg funkcji immunomodulujących, które mogą być zaangażowane w usuwanie infekcji, w tym zdolność do zmiany ekspresji genów gospodarza, działania jako chemokiny i/lub indukowania produkcji chemokin , hamując indukowane przez lipopolisacharydy -produkcja cytokin zapalnych , promująca gojenie się ran i modulująca odpowiedzi komórek dendrytycznych i komórek adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej. Modele zwierzęce wskazują, że peptydy obronne gospodarza mają kluczowe znaczenie zarówno dla zapobiegania, jak i usuwania infekcji. Wydaje się, że wiele peptydów początkowo izolowanych i określanych jako „peptydy przeciwdrobnoustrojowe” miało bardziej znaczące alternatywne funkcje in vivo (np. hepcydyna). Na przykład Dusquetide jest immunomodulatorem, który działa poprzez p62, białko zaangażowane w sygnalizację infekcji opartą na receptorze Toll-like. Peptyd jest badany w badaniu klinicznym fazy III przez Soligenix (SGNX) w celu ustalenia, czy może pomóc w naprawie wywołanego promieniowaniem uszkodzenia błony śluzowej jamy ustnej powstałego podczas radioterapii raka głowy i szyi.

Mechanizmy działania

Obrazy ze skaningowego mikroskopu elektronowego (powiększenie 50 000x) przedstawiające działanie eksperymentalnego peptydu przeciwdrobnoustrojowego (NN2_0050) na błonę komórkową E. coli (K12 MG1655) [1] POWYŻEJ: Nienaruszone błony komórkowe w grupie kontrolnej. PONIŻEJ: Uszkodzenie błon komórkowych i wyciek chromosomu bakteryjnego (zielony) w grupie leczonej.

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe na ogół mają dodatni ładunek netto, co pozwala im na interakcję z ujemnie naładowanymi cząsteczkami eksponowanymi na powierzchni bakterii i komórek rakowych, takimi jak fosfolipidowa fosfatydyloseryna, O-glikozylowane mucyny, sialilowane gangliozydy i siarczany heparyny. Mechanizm działania tych białek jest bardzo zróżnicowany, ale można go uprościć do dwóch kategorii: peptydy przeciwdrobnoustrojowe o działaniu membranolitycznym i niemembranolitycznym. Rozerwanie błon przez membranolityczne peptydy przeciwdrobnoustrojowe można opisać za pomocą czterech modeli:

  • model toroidalny
  • nieuporządkowany model porów toroidalnych
  • model dywanu
  • model klepki beczkowej

Chociaż specyfika każdego mechanizmu jest różna, wszystkie proponują wywołane przez peptydy pęknięcie błony, co umożliwia wyciek cytoplazmatyczny, który ostatecznie prowadzi do śmierci.

Ostatnie prace nakreśliły bardziej złożony obraz aktywności peptydów przeciwdrobnoustrojowych. Niemembranolityczne peptydy przeciwdrobnoustrojowe mogą również działać jako inhibitory metabolizmu, bezpośrednio oddziałując z DNA, RNA, syntezą białek i inhibitorami syntezy ściany komórkowej lub tworzenia przegrody. Wiadomo również, że powodują agregację rybosomów i delokalizację białek błonowych.

Dodając kolejną warstwę złożoności, wiele naturalnych peptydów przeciwdrobnoustrojowych ma słabe działanie bakteriobójcze. Obecnie wiadomo, że zamiast bezpośrednio hamować wzrost bakterii, działają one wspólnie z układem odpornościowym gospodarza poprzez mechanizmy obejmujące indukcję chemokin, uwalnianie histaminy i modulację angiogenezy. Te efekty immunomodulujące dopiero niedawno zaczęły zwracać uwagę.

Do określenia mechanizmów działania przeciwdrobnoustrojowego peptydów wykorzystano kilka metod. W szczególności badania NMR w stanie stałym dostarczyły wyjaśnienia w zakresie rozdzielczości na poziomie atomowym rozrywania błony przez peptydy przeciwdrobnoustrojowe. W ostatnich latach krystalografia rentgenowska została wykorzystana do szczegółowego opisu tego, jak rodzina defensyn roślinnych rozrywa błony poprzez identyfikację kluczowych fosfolipidów w błonach komórkowych patogenu. Uważa się, że ludzkie defensyny działają poprzez podobny mechanizm, celując w lipidy błony komórkowej jako część ich funkcji. W rzeczywistości wykazano , że ludzka beta-defensyna 2 zabija patogenne grzyby Candida albicans poprzez interakcje ze specyficznymi fosfolipidami. Z obliczeniowego punktu widzenia symulacje dynamiki molekularnej mogą rzucić światło na mechanizm molekularny i specyficzne interakcje peptydów z lipidami, jonami i rozpuszczalnikiem.

Metody Aplikacje
Mikroskopia wizualizacja wpływu peptydów przeciwdrobnoustrojowych na komórki drobnoustrojów
Spektroskopia emisji atomowej do wykrywania utraty wewnątrzkomórkowego potasu (wskazanie, że integralność błony bakteryjnej została naruszona)
Barwniki fluorescencyjne do pomiaru zdolności peptydów przeciwdrobnoustrojowych do przepuszczania pęcherzyków błonowych
Tworzenie kanału jonowego w celu oceny tworzenia i stabilności porów wywołanych peptydem przeciwdrobnoustrojowym
Dichroizm kołowy i zorientowany dichroizm kołowy do pomiaru orientacji i struktury drugorzędowej peptydu przeciwdrobnoustrojowego związanego z dwuwarstwą lipidową
Interferometria z podwójną polaryzacją do pomiaru różnych mechanizmów peptydów przeciwdrobnoustrojowych
Spektroskopia NMR ciała stałego do pomiaru struktury drugorzędowej, orientacji i penetracji peptydów przeciwdrobnoustrojowych do dwuwarstw lipidowych w biologicznie istotnym stanie ciekłokrystalicznym
Dyfrakcja neutronowa i rentgenowska do pomiaru wzorów dyfrakcyjnych porów indukowanych przez peptydy w błonach w zorientowanych warstwach wielowarstwowych lub cieczach
Symulacje dynamiki molekularnej badanie zachowania molekularnego i poszukiwanie określonych interakcji peptyd-lipid
Spekrtometria masy do pomiaru odpowiedzi proteomicznej mikroorganizmów na peptydy przeciwdrobnoustrojowe


Badania i zastosowanie terapeutyczne

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe były stosowane jako środki terapeutyczne; ich zastosowanie jest na ogół ograniczone do podawania dożylnego lub stosowania miejscowego ze względu na ich krótkie okresy półtrwania. Od stycznia 2018 r. w użyciu klinicznym były następujące peptydy przeciwdrobnoustrojowe:

Aktywność wykraczająca poza funkcje antybakteryjne

Zaobserwowano, że AMP mają inne funkcje niż zabijanie bakterii i grzybów. Działania te obejmują działanie przeciwwirusowe, ale także role w obronie gospodarza, takie jak funkcje przeciwnowotworowe i role w neurologii. Doprowadziło to do ruchu na rzecz zmiany marki AMP na „peptydy obrony gospodarza”, aby objąć szeroki zakres działań, jakie mogą mieć AMP.

Właściwości przeciwnowotworowe

Niektóre cekropiny (np. cekropina A i cekropina B) mają właściwości przeciwnowotworowe i nazywane są peptydami przeciwnowotworowymi (ACP). Hybrydowe ACP oparte na Cecropin A zostały przebadane pod kątem właściwości przeciwnowotworowych. Muszka owocówka Defensin zapobiega wzrostowi guza, co do którego podejrzewa się, że wiąże się z komórkami nowotworowymi ze względu na modyfikacje błony komórkowej wspólne dla większości komórek nowotworowych, takie jak ekspozycja na fosfatydyloserynę .

Właściwości antybiofilmowe

Cekropina A mogą zniszczyć planktonowe i bezszypułkowy biofilmu -forming uropatogenne E. coli, komórki (UPEC), samodzielnie lub w połączeniu z antybiotykiem kwas nalidyksowy , synergistycznie usuwania infekcji in vivo (w owadów gospodarza Galleria mellonella ), bez cytotoksyczności poza celem. Wielocelowy mechanizm działania obejmuje permeabilizację błony zewnętrznej, a następnie rozerwanie biofilmu wywołane hamowaniem aktywności pompy wypływowej i oddziaływaniami z zewnątrzkomórkowymi i wewnątrzkomórkowymi kwasami nukleinowymi.

Inne badania

Ostatnio przeprowadzono pewne badania mające na celu zidentyfikowanie potencjalnych peptydów przeciwdrobnoustrojowych z prokariontów, organizmów wodnych, takich jak ryby i skorupiaki, oraz stekowców, takich jak kolczatki.

Selektywność

W rywalizacji komórek bakteryjnych i komórek gospodarza z peptydami przeciwdrobnoustrojowymi, peptydy przeciwdrobnoustrojowe będą preferencyjnie oddziaływać z komórką bakteryjną na komórki ssaków, co umożliwia im zabijanie mikroorganizmów, nie będąc znacząco toksycznymi dla komórek ssaków. Selektywność jest bardzo ważną cechą peptydów przeciwdrobnoustrojowych i może zagwarantować ich działanie jako antybiotyków w systemach obronnych gospodarza.

W odniesieniu do komórek rakowych , one same również wydzielają ludzkie peptydy przeciwdrobnoustrojowe, w tym defensynę , aw niektórych przypadkach są one uważane za bardziej odporne niż otaczające komórki normalne. Dlatego nie możemy stwierdzić, że selektywność wobec komórek rakowych jest zawsze wysoka.

Czynniki

Istnieje kilka czynników, które są ściśle związane z właściwościami selektywności peptydów przeciwdrobnoustrojowych, wśród których właściwości kationowe mają największy udział. Ponieważ powierzchnia błon bakteryjnych jest bardziej naładowana ujemnie niż komórki ssaków, peptydy przeciwdrobnoustrojowe będą wykazywać różne powinowactwo do błon bakteryjnych i błon komórkowych ssaków.

Ponadto istnieją również inne czynniki, które będą miały wpływ na selektywność. Powszechnie wiadomo, że cholesterol jest normalnie szeroko rozpowszechniony w błonach komórkowych ssaków jako środek stabilizujący błony, ale nie występuje w błonach komórkowych bakterii; a obecność tych cholesteroli będzie również ogólnie zmniejszać aktywność peptydów przeciwdrobnoustrojowych, z powodu albo stabilizacji dwuwarstwy lipidowej, albo interakcji między cholesterolem i peptydem. Tak więc cholesterol w komórkach ssaków będzie chronił komórki przed atakiem peptydów przeciwdrobnoustrojowych.

Poza tym dobrze wiadomo , że potencjał transbłonowy wpływa na interakcje peptyd-lipid. Istnieje wewnątrz-negatywny potencjał transbłonowy istniejący od zewnętrznego płatka do wewnętrznego płatka błon komórkowych i ten wewnętrzny ujemny potencjał transbłonowy ułatwi permeabilizację błony prawdopodobnie poprzez ułatwienie wstawiania dodatnio naładowanych peptydów do błon. Dla porównania, potencjał transbłonowy komórek bakteryjnych jest bardziej ujemny niż normalnych komórek ssaków, więc błona bakteryjna będzie podatna na atak dodatnio naładowanych peptydów przeciwdrobnoustrojowych.

Podobnie uważa się również, że zwiększenie siły jonowej , które ogólnie zmniejsza aktywność większości peptydów przeciwdrobnoustrojowych, przyczynia się częściowo do selektywności peptydów przeciwdrobnoustrojowych poprzez osłabienie oddziaływań elektrostatycznych wymaganych do początkowego oddziaływania.

Molekularne podstawy selektywności komórkowej peptydów przeciwdrobnoustrojowych

Mechanizm

Błony komórkowe bakterii są bogate w kwaśne fosfolipidy , takie jak fosfatydyloglicerol i kardiolipina . Te fosfolipidowe grupy czołowe są silnie naładowane ujemnie. Dlatego też najbardziej zewnętrzne listki dwuwarstwy, które są wystawione na zewnątrz błon bakteryjnych, są bardziej atrakcyjne dla ataku dodatnio naładowanych peptydów przeciwdrobnoustrojowych. Tak więc oddziaływanie między dodatnimi ładunkami peptydów przeciwdrobnoustrojowych a ujemnie naładowanymi błonami bakteryjnymi to głównie oddziaływania elektrostatyczne, które są główną siłą napędową asocjacji komórek. Ponadto, ponieważ peptydy przeciwdrobnoustrojowe tworzą struktury z dodatnio naładowaną powierzchnią, jak również z powierzchnią hydrofobową, istnieją również pewne oddziaływania hydrofobowe między hydrofobowymi regionami peptydów przeciwdrobnoustrojowych a obojnaczojonowymi fosfolipidami (elektrycznie obojętnymi) powierzchnią błon bakteryjnych, które działają tylko jako niewielki efekt w tym przypadku.

W przeciwieństwie do tego, zewnętrzna część błon roślin i ssaków składa się głównie z lipidów bez żadnych ładunków netto, ponieważ większość lipidów z ujemnie naładowanymi głowami jest głównie zakryta w wewnętrznej warstwie błon plazmatycznych. Tak więc w przypadku komórek ssaków zewnętrzne powierzchnie błon są zwykle wykonane z obojnaczej fosfatydylocholiny i sfingomieliny , nawet jeśli niewielka część zewnętrznych powierzchni błony zawiera pewne ujemnie naładowane gangliozydy . Dlatego hydrofobowe oddziaływanie między hydrofobową powierzchnią amfipatycznych peptydów przeciwdrobnoustrojowych a obojnaczojonowymi fosfolipidami na powierzchni komórek błon komórkowych ssaków odgrywa główną rolę w tworzeniu wiązania peptyd-komórka. Jednak oddziaływanie hydrofobowe jest stosunkowo słabe w porównaniu z oddziaływaniem elektrostatycznym, a zatem peptydy przeciwdrobnoustrojowe będą preferencyjnie oddziaływać z błonami bakteryjnymi.

Interferometria z podwójną polaryzacją została wykorzystana in vitro do badania i oceny ilościowej powiązania z grupą czołową, wstawienia do dwuwarstwy, tworzenia porów i ewentualnego rozerwania błony.

Kontrola

Wiele wysiłku włożono w kontrolowanie selektywności komórek. Na przykład podjęto próby modyfikacji i optymalizacji parametrów fizykochemicznych peptydów w celu kontrolowania selektywności, w tym ładunku netto, helicity , hydrofobowości na resztę (H), momentu hydrofobowego (μ) i kąta wyznaczanego przez dodatnio naładowaną polarną helisę twarz (Φ). Uważa się, że inne mechanizmy, takie jak wprowadzenie D- aminokwasów i fluorowanych aminokwasów do fazy hydrofobowej, niszczą strukturę drugorzędową, a tym samym zmniejszają oddziaływanie hydrofobowe z komórkami ssaków. Stwierdzono również, że podstawienie Pro→Nlys w zawierających Pro peptydach przeciwdrobnoustrojowych zwrotnych β stanowiło obiecującą strategię projektowania nowych peptydów przeciwdrobnoustrojowych selektywnych względem komórek bakterii o wewnątrzkomórkowych mechanizmach działania. Zasugerowano, że bezpośrednie przyłączenie magainy do powierzchni podłoża zmniejsza niespecyficzne wiązanie komórek i prowadzi do poprawy granicy wykrywalności dla komórek bakteryjnych, takich jak Salmonella i E. coli .

Odporność na bakterie

Bakterie stosują różne strategie oporności, aby uniknąć zabijania peptydów przeciwdrobnoustrojowych. Niektóre mikroorganizmy zmieniają ładunek powierzchni netto. Staphylococcus aureus transportuje D-alaninę z cytoplazmy na powierzchnię kwasu techojowego, co zmniejsza ładunek ujemny netto poprzez wprowadzenie zasadowych grup aminowych. S. aureus modyfikuje również swoje błony anionowe poprzez MprF z L-lizyną, zwiększając dodatni ładunek netto. Oddziaływanie peptydów przeciwdrobnoustrojowych z celami błonowymi może być ograniczone przez polisacharyd otoczki Klebsiella pneumoniae . Zmiany zachodzą w lipidzie A. Gatunki Salmonella zmniejszają płynność ich błony zewnętrznej poprzez zwiększenie oddziaływań hydrofobowych między zwiększoną liczbą ogonków acylowych lipidu A poprzez dodanie mirystynianu do lipidu A z 2-hydroksymirystynianem i utworzenie hepta-acylowanego lipidu A poprzez dodanie palmitynianu. Uważa się, że zwiększony moment hydrofobowy opóźnia lub znosi insercję peptydów przeciwdrobnoustrojowych i tworzenie porów. Reszty ulegają zmianom w białkach błonowych. U niektórych bakterii Gram-ujemnych zmiana w produkcji białek błony zewnętrznej koreluje z odpornością na zabijanie przez peptydy przeciwdrobnoustrojowe. Bezotoczkowe Haemophilus influenzae transport AMP do wnętrza komórki, w którym zostaną one rozłożone. Co więcej, H. influenzae przebudowuje swoje błony, aby wyglądały tak, jakby bakteria została już skutecznie zaatakowana przez AMP, chroniąc ją przed atakiem większej liczby AMP. Transportery kasety wiążącej ATP importują peptydy przeciwdrobnoustrojowe, a pompa opornościowo-nodulacyjna z podziałem komórkowym eksportuje peptydy przeciwdrobnoustrojowe. Oba transportery powiązano z opornością na peptydy przeciwdrobnoustrojowe. Bakterie wytwarzają enzymy proteolityczne, które mogą degradować peptydy przeciwdrobnoustrojowe, prowadząc do ich oporności. Pęcherzyki błony zewnętrznej wytwarzane przez bakterie Gram-ujemne wiążą peptydy przeciwdrobnoustrojowe i oddzielają je od komórek, chroniąc w ten sposób komórki. Wiadomo również, że pęcherzyki błony zewnętrznej zawierają różne proteazy, peptydazy i inne enzymy lityczne, które mogą odgrywać rolę w degradacji zewnątrzkomórkowego peptydu i cząsteczek kwasu nukleinowego, które w przypadku dostania się do komórek bakteryjnych mogą być niebezpieczne dla komórek. Sygnalizacja cyklicznego di-GMP była również zaangażowana w regulację oporności na peptydy przeciwdrobnoustrojowe u Pseudomonas aeruginosa

Chociaż te przykłady pokazują, że oporność może ewoluować naturalnie, rośnie obawa, że ​​stosowanie farmaceutycznych kopii peptydów przeciwdrobnoustrojowych może sprawić, że oporność będzie pojawiać się częściej i szybciej. W niektórych przypadkach oporność na te peptydy stosowane jako środek farmaceutyczny do leczenia problemów medycznych może prowadzić do oporności nie tylko na medyczne zastosowanie peptydów, ale także na fizjologiczną funkcję tych peptydów.

Podejście „konia trojańskiego” do rozwiązania tego problemu opiera się na wrodzonym zapotrzebowaniu patogenów na żelazo. „Przemycanie” środków przeciwdrobnoustrojowych do patogenu odbywa się poprzez połączenie ich z sideroforami w celu transportu. Choć koncepcja jest prosta, pokonanie trudnej przeszkody, jaką jest transport środków przeciwdrobnoustrojowych przez błony komórkowe patogenów, zajęło wiele dziesięcioleci pracy. Dokonano przeglądu wniosków wyciągniętych z sukcesów i niepowodzeń leków skoniugowanych z syderoforem, ocenianych podczas opracowywania nowych środków przy użyciu podejścia „konia trojańskiego”.

Przykłady

Muszki owocowe zarażone bakteriami wytwarzającymi GFP. Muchy czerwonookie pozbawione genów peptydów przeciwdrobnoustrojowych są podatne na infekcje, podczas gdy muchy białookie mają odpowiedź immunologiczną typu dzikiego.

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe są produkowane przez gatunki w całym drzewie życia, w tym:

W ostatnich latach nasiliły się badania nad opracowaniem sztucznie zaprojektowanych naśladowców peptydów przeciwdrobnoustrojowych, takich jak SNAPP , częściowo ze względu na zaporowe koszty produkcji AMP pochodzenia naturalnego. Przykładem tego jest twarzowy kationowy peptyd C18G, który został zaprojektowany z C-końcowej domeny ludzkiego czynnika płytkowego IV. Obecnie najszerzej stosowanym peptydem przeciwdrobnoustrojowym jest nizyna ; będąc jedynym peptydem przeciwdrobnoustrojowym zatwierdzonym przez FDA , jest powszechnie stosowany jako sztuczny środek konserwujący.

Bioinformatyka

Istnieje kilka bioinformatycznych baz danych do katalogowania peptydów przeciwdrobnoustrojowych. APD (ang. Antimicrobial Peptide Database) to oryginalna i modelowa baza danych peptydów przeciwdrobnoustrojowych ( https://aps.unmc.edu ). W oparciu o APD zbudowano również inne bazy danych, m.in. ADAM (Baza peptydów przeciwdrobnoustrojowych), BioPD (Baza danych peptydów aktywnych biologicznie), CAMP (Zbiór sekwencji i struktur peptydów przeciwdrobnoustrojowych), DBAASP (Baza danych peptydów przeciwdrobnoustrojowych). Aktywność i struktura peptydów) i LAMP (Łączenie AMP).

Bazy danych peptydów przeciwdrobnoustrojowych można podzielić na dwie kategorie na podstawie źródła zawartych w nich peptydów, jako bazy specyficzne i bazy danych ogólnych. Te bazy danych zawierają różne narzędzia do analizy i przewidywania peptydów przeciwdrobnoustrojowych. Na przykład APD ma szeroko stosowany interfejs obliczeniowy. Zawiera również linki do wielu innych narzędzi. CAMP zawiera przewidywanie AMP, kalkulator funkcji, wyszukiwanie BLAST, ClustalW, VAST, PRATT, koło śrubowe itp. Ponadto ADAM umożliwia użytkownikom wyszukiwanie lub przeglądanie relacji sekwencja-struktura AMP. Peptydy przeciwdrobnoustrojowe często obejmują szeroki zakres kategorii, takich jak peptydy przeciwgrzybicze, przeciwbakteryjne i przeciwgruźlicze.

dbAMP: Zapewnia platformę internetową do badania peptydów przeciwdrobnoustrojowych o aktywności funkcjonalnej i właściwościach fizykochemicznych na danych transkryptomu i proteomu. dbAMP to źródło internetowe, które zajmuje się różnymi tematami, takimi jak adnotacje peptydów przeciwdrobnoustrojowych (AMP), w tym informacje o sekwencji, działania przeciwdrobnoustrojowe, modyfikacje potranslacyjne (PTM), wizualizacja strukturalna, siła działania przeciwdrobnoustrojowego, gatunki docelowe o minimalnym stężeniu hamującym (MIC), fizykochemiczne właściwości lub interakcje AMP–białko.

Narzędzia takie jak PeptideRanker, PeptideLocator i AntiMPmod umożliwiają przewidywanie peptydów przeciwdrobnoustrojowych, podczas gdy inne opracowano w celu przewidywania działania przeciwgrzybiczego i przeciwgruźliczego.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki