Nový
antimikrobiálně účinný peptid kožního sekretu žáby Pelophylax nigromaculatus: zničí i zlatého stafylokoka?
Jiří
Patočka
Protože rychlý vývoj a šíření rezistence bakteriálních patogenů na antibiotika je rychlejší než vývoj nových antibiotik (Brown a Wright, 2016), je třeba stále hledat nové látky s antimikrobiálními účinky. Takovou skupinou nových přírodních látek jsou antimikrobiální peptidy (AMP) (Pandit et al., 2020), které obecně vyvolávají menší rezistenci ve srovnání s konvenčními antibiotiky a napadají cílové bakterie multimodálním působením přes membránu a různé intracelulární cíle (Kumar et al., 2018; Li et al., 2021), čímž značně rozšiřují mechanismy antibakteriálního účinku (Afacan et al., 2012). Je také vhodné zdůraznit pozitivní účinky AMP na likvidaci bakteriálních biofilmů (Hancock et al., 2021). Biofilmy produkované patogeny jsou velkou hrozbou, neboť poskytují úkryty bakteriím před antibiotiky a vytváří vhodné podmínky pro jejich další šíření. Nové baktericidní mechanismy AMP by mohly inspirovat vývoj antimikrobiálních látek nové generace.
AMP představují široce rozšířenou skupinu přírodních látek (Wu et al., 2018, 2021; Patocka et al., 2019) a v posledních letech jsou intenzivně studovány. Takovými AMP jsou také peptidy nedávno izolované skupinou čínských autorů (Lu et al., 2022) z kůže žáby Pelophylax nigromaculatus. Tato žába nalezená ve východní Asii a poprvé popsané v roce 1861 byla v minulosti hojně lovena pro jídlo a později používaná jako laboratorní pokusné zvíře. Její české jméno je skokan černoskvrnný.
Skokan černoskvrnný (Pelophylax nigromaculatus). Wikipedia.
AMP byly nalezeny v sekretech kůže mnoha žab. V kůži skokana černoskvrnného byl nalezen peptid který byl nazván nigrocin-PN. Je to lineární peptid složený z 21 aminokyselinových zbytků
GLLGKILGAGKKVLCGVSGLC
Tento peptid má vlastnosti širokospektrálního antibiotika, vykazuje silné antimikrobiální účinky in vitro, ale také významně léčí plicní zánět vyvolaný Klebsiella pneumoniae in vivo. Nigrocin-PN vykazuje synergické účinky s běžně používanými antibiotiky. Jeho společné podávání s ampicilinem by mohlo zpomalit vznik rezistence na antibiotika u Staphylococcus aureus. Antibakteriální účinky směsi nigrocinu-PN a ampicilinu jsou založeny na destrukci membrány S. aureus a možná by mohly pomoci vyřešit problémy s infekcemi způsobenými zlatým stafylokokem.
Již dříve byly z kůže skokana P. nigromaculatus izolovány jiné dva kationové peptidy (nigrocin 1 a 2). Tyto peptidy vykazovaly široké spektrum antimikrobiální aktivity proti různým mikroorganismům s různou specificitou. Nigrocin 1 má vysokou sekvenční homologii s brevininem 2, ale nigrocin 2 má nízkou sekvenční homologii s jakýmikoli jinými známými antimikrobiálními peptidy (Lu et al., 2022).
Pro zkoumání vztahu mezi strukturou a aktivitou nigrocinu 2, který má jedinečnou primární strukturu, byly provedeny studie cirkulárního dichroismu (CD) a homonukleární nukleární magnetické rezonance (NMR). CD vyšetřování odhalilo, že nigrocin 2 má v roztoku trifluorethanol (TFE)/H(2)O hlavně alfa-helikální strukturu, micely dodecylsulfátu sodného (SDS) a micely dodecylfosfocholinu. Struktury roztoku nigrocinu 2 v roztoku TFE/H(2)0 (1:1, obj./obj.) a v SDS micelách byly stanoveny pomocí homonukleární NMR. Nigrocin 2 se skládá z typického amfipatického alfa-helixu zahrnujícího zbytky 3-18 jak v 50% roztoku TFE, tak v micelách SDS. Ze strukturálního srovnání nigrocinu 2 s jinými známými antimikrobiálními peptidy lze nigrocin 2 zařadit do rodiny antimikrobiálních peptidů obsahujících jeden lineární amfipatický alfa-helix, který potenciálně narušuje integritu membrány, což by vedlo k buněčné smrti. Nigrocin 2 se skládá z typického amfipatického alfa-helixu zahrnujícího zbytky 3-18 jak v 50% roztoku TFE, tak v micelách SDS. Ze strukturálního srovnání nigrocinu 2 s jinými známými antimikrobiálními peptidy lze nigrocin 2 zařadit do rodiny antimikrobiálních peptidů obsahujících jeden lineární amfipatický alfa-helix, který potenciálně narušuje integritu membrány, což by vedlo k buněčné smrti. Nigrocin 2 se skládá z typického amfipatického alfa-helixu zahrnujícího zbytky 3-18 jak v 50% roztoku TFE, tak v micelách SDS. Ze strukturálního srovnání nigrocinu 2 s jinými známými antimikrobiálními peptidy lze nigrocin 2 zařadit do rodiny antimikrobiálních peptidů obsahujících jeden lineární amfipatický alfa-helix, který potenciálně narušuje integritu membrány, což by vedlo k buněčné smrti.
Literatura
Afacan NJ, Yeung AT, Pena OM, Hancock RE. Therapeutic potential of host defense peptides in antibiotic-resistant infections. Curr Pharm Des. 2012;18(6): 807–819.
Brown ED, Wright GD. Antibacterial drug discovery in the resistance era. Nature 2016; 529(7586): 336–343.
Hancock REW, Alford MA, Haney EF. Antibioflm activity of host defence peptides: complexity provides opportunities. Nat Rev Microbiol. 2021; 19(12):786–797.
Li W, Separovic F, O’Brien-Simpson NM, Wade JD. Chemically modified and conjugated antimicrobial peptides against superbugs. Chem Soc Rev. 2021; 50(8): 4932–4973.
Lu C, Liu L, Ma C, Di L, Chen T. A novel antimicrobial peptide found in Pelophylax nigromaculatus. J Genet Engin Biotechnol. 2022; 20(1): 76.
doi: 10.1186/s43141-022-00366-9Kumar P, Kizhakkedathu JN, Straus SK. Antimicrobial peptides: diversity, mechanism of action and strategies to improve the activity and biocompatibility in vivo. Biomolecules 2018; 8(1): 24.
doi: 10.3390/biom8010004Pandit G, Biswas K, Ghosh S, Debnath S, Bidkar AP, Satpati P, Bhunia A, Chatterjee S. Rationally designed antimicrobial peptides: insight into the mechanism of eleven residue peptides against microbial infections. Biochim Biophys Acta Biomembran. 2020; 1862(4): 183177.
Patocka J, Nepovimova E, Klimova B, Wu Q, Kuca K. Antimicrobial peptides: Amphibian host defense peptides. Current Med Chem. 2019; 26(32): 5924-5946.
Wu Q, Patocka J, Kuca K. Insect antimicrobial peptides, a mini review. Toxins, 2018; 10(11): 461.
Wu R, Patocka J, Nepovimova E, Oleksak P, Valis M, Wu W, Kuca K. Marine invertebrate peptides: Antimicrobial peptides. Front Microbiol.2021; 12.