Dapdiamidy: tripeptidová antibiotika

Jiří Patočka

     Dapdiamidy jsou tripeptidová antibiotika (Dawlaty et al., 2010) nalezená v gramnegativní bakterii Pantoea agglomerans. Tato bakterie je všudypřítomná a běžně bývá izolovaná z povrchů rostlin, z jejich plodů, semen či zvířecích nebo lidských výkalů a nalezena byla dokonce i ve včelích úlech (Loncaric et al., 2009).  Až dosud bylo nalezeno 5 dapdiamidů (A až E), jejichž nezvyklá neribozomální biosyntéza byla studována v laboratoři prof. Christophera T. Walshe na Katedře biologické chemie a molekulární farmakologie na Harvardské univerzitě v Bostonu (Hollenhorst et al., (2009, 2010, 201). Všechny aminokyseliny tvořící molekuly dapdiamidů jsou neproteinogenního typu (Walsh et al., 2013).

     Hledání nových antibiotik z tradičních bakteriálních zdrojů často vede pouze k znovuobjevení známých sloučenin s malou šancí na identifikaci skutečně nových chemických entit, zatímco nové netradiční bakterie mohou vést k objevu zcela nových látek, jako tomu bylo v případě dapdiamidů (Pidot et al., 2014).

     Dapdiamidy nejsou jedinými antibiotiky, které bakterie Pantoea agglomerans podukuje. Mimo nich to jsou ještě agglomeriny a andramidy, herbicolin, microcin a další, která nachází uplatnění při potírání rostlinných, zvířecích a lidských patogenů nebo ke konzervování potravin (Vanneste et al., 2002, Inagawa et al., 2008).

     Nízkomolekulární lipopolysacharid IP-PA1P, který izolovali a popsali japonští autoři (Kohchi et al., 2006) vykazuje extrémně široké spektrum léčivých vlastností, zejména díky své schopnosti udržovat homeostázu organismu aktivací makrofágů (Nishizawa et al., 1992. IP-PA1 je také účinný při prevenci a léčbě široké škály poruch u lidí i zvířat, jako je hyperlipidémie, cukrovka, vředy, různé infekční nemoci, atopická alergie a imunosuprese vyvolaná stresem (Nakata et al., 2011, Wakame et al., 2015). Vykazuje také silný analgetický účinek a léčí rakovinu (Iwamoto et al., 1996, Dutkiewicz et al., 2016). Aplikace přípravků této bakterie účinně chrání mnohé kulturní rostliny.

     Výsledky výzkumu bakterie P. agglomerans a dalších příbuzných druhů rodu Pantoea mají velký potenciál pro použití v mnoha oblastech biotechnologie. Bylo zdokumentováno, že kmeny Pantoea vykazují biodegradační aktivitu na různé chemické znečišťující látky v půdě a vodě, včetně ropných uhlovodíků a toxických kovů (Francis et al., 2000, Ozdemir et al., 2004, Afzal et al., 2012, Arslan et al., 2014). P. aglomerans také brání pronikání škodlivých průmyslových kontaminantů do hlubších vrstev půdy tvorbou biofilmu a má schopnost produkovat vodík z bio-odpadu. Protože P. agglomerans působí jednak jako patogen, jednak jako užitečná bakterie, bývá často označována jako bakterie dobra a zla (Dutkiewicz et al., 2015, 2016).

Literatura

Afzal M, Yousaf S, Reichenauer TG, Sessitsch A. The inoculation method affects colonization and performance of bacterial inoculant strains in the phytoremediation of soil contaminated with diesel oil. Int J Phytoremediation. 2012; 14(1): 35–47.

Arslan M, Afzal M, Amin I, Iqbal S, Khan QM. Nutrients can enhance the abundance and expression of alkane hydroxylase CYP153 gene in the rhizosphere of ryegrass planted in hydrocarbon-polluted soil. PLoS One. 2014; (10): e111208. doi: 0.1371/journal.pone.0111208.

Dawlata J, Zhang X, Fischbach MA, Clardy J. Dapdiamides, Tripeptide Antibiotics Formed by Unconventional Amide Ligases. J Nat Prod 2010;  73(3): 441-446. doi.org/10.1021/np900685z

Dutkiewicz J, Mackiewicz B, Lemieszek MK, Golec M, Milanowski J. Pantoea agglomerans: a mysterious bacterium of evil and good. Part I. Deleterious effects: Dust-borne endotoxins and allergens – focus on cotton dust. Ann Agric Environ Med. 2015; 22(4): 576–588.

Dutkiewicz J, Mackiewicz B, Lemieszek MK, Golec M, Milanowski J. Pantoea agglomerans: a mysterious bacterium of evil and good. Part III. Deleterious effects: Infections of humans, animals and plants. Ann Agric Environ Med. 2016; 23(2): 197–205.

Ditkiewicz J, Mackiewitz B, Lemieszek MK, Golec M, Milanowski J. Pantoea agglomerans: a mysterious bacterium of evil and good. Part IV. Beneficial effects. Ann Agric Environ Med. 2016; 23(2): 206–222. doi.org/10.5604/12321966.1203879

Dutkiewicz J, Mackiewicz B, Lemieszek MK, Golec M, Skórska C, Góra-Florek A, Milanowski J. Pantoea agglomerans: a mysterious bacterium of evil and good. Part II. Deleterious effects: Dust-borne endotoxins and allergens – focus on grain dust, other agricultural dusts and wood dust. Ann Agric Environ Med. 2016; 23(1): 110–133.

Francis CA, Obraztsova AY, Tebo BM. Dissimilatory metal reduction by the facultative anaerobe Pantoea agglomerans SP1. Appl Environ Microbiol. 2000; 66(2): 543–548.

Hollenhorst MA, Bumpus SB, Matthews ML, Bollinger JM, Kelleher NL, Walsh CT. Nonribosomal Peptide Synthetase Enzyme DdaD Tethers N β- Fumaramoyl- l -2,3-diaminopropionate for Fe (II) / α-Ketoglutarate-Dependent Epoxidation by DdaC during Dapdiamide Antibiotic Antibiotic Biosynthesis. J AmChem Soc 2010; 132(44): 15773-15781. doi.org/10.1021/ja1072367

Hollenhorst MA, Clardy J, Walsh CT. Assemble the Fumaramoyl-Dipeptide Scaffold of the Dapdiamide Antibiotics. Biochemistry 2009; 48(43): 10467-10472. doi.org/10.1021/bi9013165

Hollenhorst MA, Ntai I, Badet B, Kellehert NL, Walsh CT. A Head-to-Head Comparison of Eneamide and Epoxyamide Inhibitors of Glucosamine-6-Phosphate Synthase from the Dapdiamide Biosynthetic Pathway. Biochemistry 2011, 50(19): 3859-3861. doi.org/10.1021/bi2004735

Inagawa H, Nishizawa T, Yoshioka N, Taniguchi Y, Kohchi C, Soma G-I. Preventative and therapeutic potential of lipopolysaccharide derived from edible Gram-negative bacteria to various diseases. Curr Drug Ther. 2008; 2: 26–32.

Iwamoto I, Goto S, Kera J, Soma G, Takeuchi S, Nagata Y. Mechanistic analysis of high antitumour effect of intradermal administration of lipopolysaccharide from Pantoea agglomerans. Med Oncol. 1996; 13(2): 103–109.

Kohchi C, Inagawa H, Nishizawa T, Yamaguchi T, Nagai S, Soma G. Applications of lipopolysaccharide derived from Pantoea agglomerans (IP-PA1) for health care based on macrophage network theory. J Biosci Bioeng. 2006; 102(6): 485–496.

Loncaric I, Heigl H, Licek E, Moosbeckhofer R, Busse HJ, Rosengarten R. Typing of Pantoea agglomeransisolated from colonies of honey bees (Apis mellifera) and culturability of selected strains from honey. Apidologie 2009; 40(1): 40–54. doi:10.1051/apido/2008062

Nakata K, Inagawa H, Soma G: Lipopolysaccharide IP-PA1 from Pantoea agglomerans prevents suppression of macrophage function in stress-induced diseases. Anticancer Res. 2011; 31(7): 2437–2440.

Nishizawa T, Inagawa H, Oshima H, Okutomi T, Tsukioka D, Iguchi M, Soma G-I, Mizuno D. Homeostasis as regulated by activated macrophage. I. Lipopolysaccharide (LPS) from wheat flour: isolation, purification and some biological activities. Chem Pharm Bull. (Tokyo) 1992; 40: 479–483.

Ozdemir G, Ceyhan N, Ozturk T, Akirmak F, Cosar T. Biosorption of chromium(VI), cadmium(II) and copper(II) by Pantoea sp. TEM18. Chem Engin J. 2004; 102: 249–253.

Pidot SJ, Coyne S, Kloss F, Hertweck C. Antibiotics from neglected bacterial sources. Int J Med Microbiol 2014; 304(1): 14-22. doi.org/10.1016/j.ijmm.2013.08.011

Vanneste JL, Cornish DA, Yu J, Voyle MD. The peptide antibiotic produced by Pantoea agglomerans Eh252 is a microcin. Acta Hortic. 2002; 590: 285–290.

Wakame K, Komatsu K, Inagawa H, Nishizawa T. Immunopotentiator from Pantoea agglomerans prevents atopic dermatitis induced by Dermatophagoides farinae extract in NC/Nga mouse. Anticancer Res. 2015; 35(8): 4501–4508.

Walsh CT, O‘Brien RV, Khosla C. Nonproteinogenic Amino Acid Building Blocks for Nonribosomal Peptide and Hybrid Polyketide Scaffolds. Angew Chem Int Ed Eng. 2013; 52(28): 7098-7124. doi: 10.1002/anie.201208344.