ANTYBIOTYKI PEPTYDOWE

Przeciwdrobnoustrojowe peptydy (AMP) Anti Microbial Peptides wytwarzane są przez mikroorganizmy, owady rośliny i zwierzęta. Są to peptydy zbudowane z 12-50 reszt aminokwasowych o masie cząsteczkowej 1-3 kDa. Cechą charakterystyczną większości AMP jest wypadkowy ładunek +2-9. Związane jest to z dużą ilością reszt aminokwasów zasadowych (Lys, His, Arg) oraz z niewielką ilością bądź brakiem reszt aminokwasów kwaśnych (Glu, Asp). Niektóre z tych związków wytwarzane są przez człowieka, znajdują się na powierzchni błony śluzowej i nabłonka w płucach, jelitach, nerkach lub skórze. Związki te mogą być alternatywą dla powszechnie stosowanych antybiotyków i nazywane są „naturalnymi antybiotykami” lub peptydami odpornościowymi, ponieważ ich zadaniem jest obrona przed mikroorganizmami: bakteriami, grzybami, wirusami, które są przyczyną wielu chorób zakaźnych. AMP wytwarzane przez ssaki spełniają dwie podstawowe funkcje:

• bezpośrednie działanie przeciwdrobnoustrojowe;

• właściwości immunomodulujące – uzupełniające, funkcjonalnie zaangażowane w fundamentalną rolę AMP w czasie kontroli stanów zapalnych i infekcji.

Niektóre AMP biorą udział w doprowadzeniu leukocytów do miejsca infekcji, w promowaniu fagocytozy, w hamowaniu fibrynolizy przez tkankowy aktywator plazminogenu, co uniemożliwia rozprzestrzenianie się bakterii. AMP przyczyniają się także do zahamowania uszkodzenia tkanek poprzez hamowanie określonych proteaz, takich jak furyny i katepsyny oraz do przyspieszenia gojenia się ran poprzez chemotaksję fibroblastów.

Porównując antybiotyki konwencjonalne i peptydowe pod kątem spektrum aktywności, antybiotyki peptydowe wykazują na ogół stosunkowo szerokie spektrum obejmujące: infekcje bakteryjne, grzybowe oraz wirusowe. Ponadto, antybiotyki peptydowe wchodzą w skład układu odpornościowego (odporności wrodzonej), czego nie stwierdza się w przypadku antybiotyków konwencjonalnych. Dodatkową zaletą jest fakt, że dotychczas nie poznano żadnych działań niepożądanych. Ich wadą może być koszt wytworzenia, który wynosi 40-500 $ za gram, a także krótki okres półtrwania. Istnieje kilka klasyfikacji AMP. W oparciu o cechy strukturalne można podzielić je na trzy główne grupy:

• peptydy liniowe tworzące struktury helikalne;

• peptydy bogate w cysteinę, zawierające jeden lub kilka mostków disiarczkwych;

• peptydy bogate w specyficzne aminokwasy: prolinę, tryptofan, histydynę, glicynę.

PEPTYDY LINIOWE: peptydy należące do tej grupy, przyjmujące w roztworze konformację α-helikalną stanowią najbardziej poznaną grupę spośród AMP. Do tej klasy należą m.in.: cekropiny, magaininy, dermaseptyny i katelicydyny.

Katelicydyny są szeroką grupą peptydów przeciwbakteryjnych. Zbudowane są z 10-100 reszt aminokwasowych. W ich strukturze wyróżnia się dwa lub więcej aminokwasów naładowanych dodatnio: lizyna lub arginina oraz część hydrofobową. Katelicydyny są peptydami naturalnie występującymi u człowieka; zostały znalezione u wszystkich gatunków ssaków, a także u ptaków i ryb. Syntezowane są przez komórki nabłonka, neutrofile i makrofagi. Najbardziej znaną ludzką katelicydyną jest peptyd LL-37. Peptyd ten zbudowany jest z 37 reszt aminokwasowych, przy czym na końcu N znajdują się dwie reszty L-leucyny. Peptyd LL-37 bogaty jest także w reszty lizyny i argininy. Obecność LL-37 stwierdzono w komórkach nabłonka skóry, układu pokarmowego, układu oddechowego, limfocytów T i limfocytów B. Peptyd ten wykazuje aktywność wobec gatunków bakterii z rodzaju Streptococcus, a także wobec Escherichia coli i Staphylococcus aureus.

PEPTYDY BOGATE W SPECYFICZNE AMINOKWASY są klasą peptydów o aktywności przeciwbakteryjnej i przeciwgrzybowej. Peptydy te zawierają szczególnie dużo reszt aminokwasowych jednego lub kilku rodzajów i posiadają charakterystyczne cechy w zależności od tego, z jakich organizmów zostały wyizolowane.

PEPTYDY BOGATE W MOSTKI DISIARCZKOWE - wśród peptydów o szerokim spektrum przeciwdrobnoustrojowym dużą liczbę stanowią peptydy cykliczne o strukturze β-kartki, zawierające od 1 do 4 wiązań disiarczkowych. Przykładem tego rodzaju peptydów są defensyny - kationowe peptydy o masie cząsteczkowej od 3,5 do 4,5 kDa. Zawierają mostki disiarczkowe powstałe z sześciu reszt cysteinowych. Cząsteczki te można sklasyfikować na podstawie ułożenia tych wiązań na α-defensyny, β-defensyny oraz ⊖-defensyny.

Jednym z najczęstszych mechanizmów działania antybiotyków peptydowych jest model „klepek beczki”. W modelu tym cząsteczki α-helikalnych peptydów tworzą w błonie strukturę kanałową o kształcie beczki. Regiony hydrofobowe w helisie umiejscawiają się w regionie błonowych lipidów, zaś część hydrofilowa peptydu wiąże się z hydrofilowymi głowami lipidów i tworzy wewnętrzną część szczeliny. Pory, które powstają w błonie powodują wyciek elementów cytoplazmy oraz spadek potencjału błonowego. Przykładem peptydu działającego wg tego mechanizmu jest gramicydyna A. Istnieją także mechanizmy „dywanu” oraz „pierścieniowe”.

Główynym przedstawicielem antybiotyków peptydowych jest wankomycyna, która jest antybiotykiem glikopeptydowym. Zawiera łańcuch zbudowany z L i D aminokwasów oraz część nieaminokwasową, która jest glikopeptydem. Po raz pierwszy została wyizolowana ze szczepu Streptomyces orientalis. Wywiera działanie bakteriobójcze przez hamowanie syntezy głównego składnika ściany komórkowej bakterii, peptydydoglikanu. Tworzy kompleks z N-acetylopentapeptydem, tj. prekursorem peptydoglikanu przez utworzenie wiązań wodorowych z terminalnym cząsteczkami pentapeptydu – D-alanylo-D-alaniną (D-Ala-D-Ala), przez co blokuje polimerazę peptydoglikanu i transpeptydację. Działa bakteriobójczo wobec większości klinicznie ważnych bakterii Gram-dodatnich (głównie Staphylococcus i Streptococcus – Staphylococcus ureus, Streptococcus pneumoniae), laseczki z rodzaju Bacillus, na gatunki z rodzaju Clostridium. Bakterie Gram- wykazują naturalną oporność na wankomycynę, ponieważ cząsteczka wankomycyny jest duża i nie przenika przez błonę zewnętrzną ściany komórkowej bakterii Gram-, dlatego nie jest wobec nich aktywna. W przypadku gatunków z rodzaju Enterococcus Mechanizm oporności polega na zmianie terminalnych cząsteczek peptydoglikanu. Zostaje dołączona reszta kwasu mlekowego (D-alanylo-D-alanina zostaje zastąpiona D-alanylo-D-laktozą), co uniemożliwia przyłączenie wankomycyny do tego peptydoglikanu.

Kolejny przykład popularnego antybiotyku należącego do tej grupy to gramicydyna, która jest jednym z niewielu znanych jonoforów transportujących jony nie jako nośnik, lecz przez kanał jonowy, a zarazem najdokładniej poznanym jonoforem tworzącym kanał.

Gramicydyna jest jonoforem zdolnym do transportu jonów przez błonę cytoplazmatyczną tworzącym kanał jonowy. Kanał ten powstaje z dwóch cząsteczek gramicydyny ułożonych względem siebie jak ”głowa do głowy” N−końcami peptydu. Dimer gramicydyny tworzący kanał z dwóch cząsteczek o strukturze helikalnej jest zbudowany w taki sposób, że elektroujemne atomy tlenu są skierowane do wnętrza poru, przez co stabilizują naładowany dodatnio kation podczas transportu. Z kolei hydrofobowe, niepolarne łańcuchy boczne aminokwasów oligopeptydu są skierowane na zewnątrz cząsteczki, przez co jest ona dobrze rozpuszczalna w błonie fosfolipidowej. W przeciwieństwie do białkowych kanałów jonowych, które są trwałe, kanał gramicydyny jest tworzony na krótki czas, po czym cząsteczki gramicydyny rozłączają się, aż do ponownego spotkania się dwóch cząsteczek we właściwym ułożeniu. Tworzony przez gramicydynę w błonie lipidowej kanał transportuje jony w sposób selektywny. Możliwy jest transport kationów jednowartościowych, natomiast dwu- i trójdodatnie kationy nie są transportowane. Kształt tworzonego kanału oraz rozmiar poru zależy od środowiska − głównie od rodzaju błony. Po rozpuszczeniu w rozpuszczalniku, cząsteczki gramicydyny nie tworzą kanału, lecz zwijają się na kształt podwójnej helisy podobnej do DNA, stabilizowanej obecnością międzycząsteczkowych wiązań wodorowych.

Przykładem znanych antybiotyków peptydowych są tez Ryfamycyny opisane w innym pytaniu.