Méně známá proteinogenní aminokyselina pyrrolysin

Jiří Patočka, Matěj Malík

     Pyrrolysin (L-pyrrolysine, zkratka Pyl, jednopísmenný symbol O) patří mezi nejpozoruhodnější aminokyseliny známé současné molekulární biologii. Od dvaceti standardních proteinogenních aminokyselin se odlišuje nejen svou chemickou strukturou, ale především způsobem, jakým je geneticky kódována a začleňována do bílkovin. Je označována jako 22. proteinogenní aminokyselina, protože její existence ukázala, že genetický kód není ve všech organismech omezen na jednadvacet běžných aminokyselin. Pyrrolysin však není univerzální součástí proteinů všech organismů; její genetické kódování bylo doloženo u některých metanogenních archeí a určitých bakterií, zejména u mikroorganismů využívajících methylované aminy v energetickém metabolismu (1, 2). 

Chemická struktura a vlastnosti

Chemicky jde o derivát L-lysinu, jehož postranní ε-aminoskupina je acylována skupinou obsahující methylovaný  pyrrolinový  kruh.  Pyrrolysin si zachovává základní strukturu α-aminokyseliny, tedy aminoskupinu a karboxylovou skupinu na α-uhlíku, avšak jeho postranní řetězec je podstatně složitější než u běžných proteinogenních aminokyselin. Právě pyrrolinová část molekuly propůjčuje této aminokyselině specifické chemické vlastnosti, které jsou důležité při katalýze přenosu methylových skupin (2, 3).

Pyrrolysin

Přírodní cyklické dipeptidy a tripeptidy

 Jiří Patočka, Kamil Kuča, Patrik Olekšák

     Přírodní cyklické dipeptidy a tripeptidy představují významnou skupinu nízkomolekulárních peptidů vznikajících nejčastěji enzymatickou nebo neribozomální biosyntézou (Kopple, 1972; Bellezzta  et al., 2014). Navzdory své jednoduché struktuře vykazují pozoruhodnou chemickou stabilitu, odolnost vůči proteolytickým enzymům a široké spektrum biologických aktivi (Zhao et al., 2021). Vyskytují se u bakterií, hub, rostlin i živočichů a často plní funkci signálních molekul, obranných metabolitů nebo prekurzorů složitějších přírodních látek (Ortiz & Sansinenea, 2017).

Přírodní cyklické dipeptidy 

     Nejpočetnější skupinou cyklických dipeptidů jsou 2,5-diketopiperaziny (DKP). Vznikají cyklizací dvou aminokyselin za vzniku šestičlenného heterocyklického kruhu obsahujícího dvě amidové skupiny (Bojarska et al., 2021). Tato struktura je mimořádně stabilní vůči hydrolýze i enzymatickému štěpení. DKP jsou produkovány především bakteriemi rodů Bacillus, Streptomyces, Pseudomonas a Lactobacillus, dále mikroskopickými houbami (Aspergillus, Penicillium, Fusarium) a v menší míře rostlinami i mořskými organismy.

Mezi nejlépe prostudované přírodní diketopiperaziny patří:

• cyklo(L-Pro-L-Leu) 

• cyklo(L-Pro-L-Tyr) 

• cyklo(L-Pro-L-Phe) 

• cyklo(L-Phe-L-Phe) 

• cyklo(Gly-L-Pro) 

• cyklo(L-Leu-L-Val) 

    Mnohé DKP vykazují antibakteriální, antimykotickou a antivirovou aktivitu, mají  imunomodulační účinky, antioxidační a protinádorovou aktivitu a působí neuroprotektivně. Některé diketopiperaziny působí jako molekuly quorum sensing, kterými bakterie regulují tvorbu biofilmů, produkci toxinů nebo virulenci (Holding et al., 1999). Řada významných přírodních toxinů vznikla právě z jednoduchého diketopiperazinového skeletu, jako např. gliotoxin, chetomin, poridesmin, verruculogen či brevianamidy a fumitremorginy (Balibar & Walsh, 2006; Li, 2011; Abraham, 2018). 

Lačník stepní (Zebrina detrita) – malý a nenápadný obyvatel teplých skalních stepí

Radoslav Patočka, Jiří Patočka

Úvod

     Lačník stepní (Zebrina detrita (O. F. Müller, 1774)) je suchozemský plž, který patří k charakteristickým, avšak poměrně nenápadným obyvatelům teplomilných travinných společenstev. Jeho život je úzce spojen se slunnými, suchými a často vápnitými stanovišti, kde se střídají nízké traviny, skalní výchozy, kamenné sutě a ostrůvky řídké vegetace. Přestože jde o drobného bezobratlého živočicha, jeho přítomnost může vypovídat o zachovalosti specifických stanovišť, která v evropské kulturní krajině patří k ohroženým biotopům (AOPK ČR; Horsák et al., 2013).  Lačník je zajímavý nejen svou přizpůsobivostí teplému a suchému prostředí, ale také svou biogeografií. V České republice se vyskytuje ostrůvkovitě a na severním okraji svého evropského areálu je závislý na poměrně specifických ekologických podmínkách. Jeho osud tak dobře ilustruje širší problém ochrany teplomilných druhů, jejichž stanoviště postupně zanikají zarůstáním, změnami hospodaření a úbytkem otevřených travinných ploch. 

Systematické zařazení a charakteristika druhu

     Lačník stepní náleží do říše živočichů (Animalia), kmene měkkýšů (Mollusca) a třídy plžů (Gastropoda). V rámci suchozemských plžů se řadí do čeledi Enidae. Platné vědecké jméno druhu je Zebrina detrita, přičemž starší literatura může uvádět také kombinaci Helix detrita nebo Buliminus detritus. Druh popsal dánský přírodovědec Otto Friedrich Müller v roce 1774. Tělo lačníka je měkké a nečlánkované, opatřené svalnatou plazivou nohou, která umožňuje pohyb po půdě, kamenech a rostlinách. Jako ostatní suchozemští plicnatí plži dýchá vzdušný kyslík plicní dutinou, která vznikla přeměnou části plášťové dutiny. Na hlavě má dva páry zatažitelných tykadel; na delším horním páru jsou umístěny oči. Pohyb zajišťuje postupné vlnění svaloviny nohy a klouzání po vrstvě hlenu, který zároveň omezuje mechanické poškození těla při kontaktu s drsným podkladem. Nejnápadnějším znakem druhu je pevná, protáhle vejčitá až vřetenovitá ulita. Bývá bělavá až krémová, někdy s nepravidelnými šedavými či hnědavými podélnými proužky, které mohou připomínat zebří kresbu (Obr. 1). Právě toto zbarvení se odráží v rodovém jménu Zebrina. Ulita má několik závitů a poměrně výrazný vrchol; její tvar a kresba umožňují odlišit lačníka od řady dalších druhů suchozemských plžů. Uváděná délka ulity se obvykle pohybuje přibližně mezi 12 a 30 mm, šířka kolem 8–12 mm, přičemž rozměry se mohou lišit mezi populacemi. 

 Obr. 1. Ulita lačníka stepního. Foto: Radoslav Patočka

Aspergicin: alkaloid mořských hub s antibakteriálním potenciálem

Jiří Patočka

     Aspergicin je sekundární metabolit vláknitých mikrospiclých hub (plísní) rodu Aspergillus, který byl popsán jako nový alkaloid s antibakteriální aktivitou. Jeho objev je zajímavý také z hlediska metodiky výzkumu přírodních látek, protože byl získán při společné kultivaci dvou mořských hub pocházejících z mangrovových ekosystémů. Tento případ ilustruje, jak může změna kultivačních podmínek ovlivnit metabolickou produkci mikroorganismů a umožnit detekci látek, které se při běžné kultivaci nemusejí tvořit v měřitelném množství. Aspergicin byl poprvé popsán v roce 2011 v práci Fenga Zhu a spolupracovníků. Autoři jej izolovali ze společně kultivovaného mycelia dvou mořských hub rodu Aspergillus, získaných z mangrovového prostředí. Spolu s aspergicinem byly identifikovány také kyselina neoaspergillová (neoaspergillic acid) a ergosterol, běžná sterolová složka buněčných membrán hub. Společná kultivace, označovaná jako kokultivace, je významným nástrojem výzkumu mikrobiálních přírodních produktů. V přirozeném prostředí mikroorganismy vzájemně reagují prostřednictvím živinových kompetic, chemických signálů a produkce obranných metabolitů. Tyto interakce mohou měnit expresi biosyntetických genových klastrů a výsledné složení metabolomu. V případě aspergicinu je kokultivace spojena s jeho izolací, samotná dostupná data však neumožňují jednoznačně určit, který regulační mechanismus jeho produkci vyvolal (Zhu et al., 2011).

     Původní studie zařadila aspergicin mezi alkaloidy a jeho strukturu navrhla na základě spektroskopických metod, zejména jednorozměrné a dvourozměrné nukleární magnetické rezonance (NMR). Tyto metody umožňují určovat chemické vazby, konektivitu atomů a prostorové vztahy mezi částmi molekuly. 

Aspergicin

Modřenec chocholatý (Muscari comosum, syn. Leopoldia comosa): nejnovější vědecké poznatky z let 2024–2026

Jiří Patočka, Radoslav Patočka

     Modřenec chocholatý je cibulnatá rostlina z čeledi chřestovitých (Asparagaceae), jejíž význam přesahuje botaniku také do oblasti potravinářství, etnobotaniky a výzkumu biologicky aktivních přírodních látek. V některých oblastech Středomoří se jeho cibule, zejména po vhodné úpravě, tradičně konzumují a v jižní Itálii jsou známé jako lampascioni. Z farmakologického hlediska jsou zajímavé především saponiny, polyfenolické látky a další sekundární metabolity, jejichž zastoupení se může lišit podle rostlinného orgánu, původu materiálu a způsobu extrakce. Výsledky fytochemických analýz naznačují potenciál pro další studium antioxidačních a dalších biologických aktivit, nelze je však automaticky považovat za důkaz léčebného účinku u člověka.

Modřenec chocholatý (Muscari comosum)

Nejnovější poznatky o biochemismu hřibu smrkového (Boletus edulis)

Jiří Patočka, Lenka Hronová, Radoslav Patočka

     Hřib smrkový (Boletus edulis Bull.) patří k nejvýznamnějším jedlým ektomykorhizním houbám s výživnými, lahodnými a farmakologickými vlastnostmi. Je bohatý na sacharidy, bílkoviny, minerály a chuťové látky a při tom má jen velmi nízký obsah tuku a kalorií. V hřibu smrkovém byly nalezeny rozmanité bioaktivní sloučeniny , včetně polysacharidů, fenolických sloučenin a fytosterolů. ylo prokázáno, že tyto látky obsažené v extraktech této houby mají antioxidační, antineoplastické , protizánětlivé, hepatoprotektivní, ntibakteriální a antivirové účinky (Tan et al., 2022). Biochemismus hřibu smrkového je tedy zajímavý nejen z hlediska výživy a senzorických vlastností, ale také kvůli pestrému spektru mnoha nízkomolekulárních metabolitů, antioxidačně působících látek a dalších sloučenin, z nichž mnohé vznikají při sušení či tepelné úpravě.  Zdá se, že hřib smrkový má zdraví prospěšné účinky, které mohou účinně předcházet různým chronickým onemocněním nebo je dokonce i léčit. Jeho potenciál jako funkční potraviny a jako potenciálního léčiva je však třeba dále zkoumat a potvrdit. Při hodnocení těchto poznatků je důležité rozlišovat přirozené metabolické složky plodnic od látek, které vznikají pří další úpravě houby, jako je sušení a příprava houbového pokrmu.

Hřib smrkový (Boletus edulis). Foto: Lenka Hronová

Biologická aktivita asporyzinů: diterpenoidů plísně kropidláku rýžového (Aspergillus oryzae)

Jiří Patočka, Matěj Malík

Asporyziny představují skupinu přírodních diterpenoidů, které byly objeveny při výzkumu sekundárních metabolitů mikroskopických hub (plísní). Z biologického hlediska jsou zajímavé především svými antimikrobiálními a potenciálně insekticidními účinky. Dosavadní poznatky však pocházejí převážně z experimentů in vitro a z předběžného biologického testování, takže jejich význam pro medicínu, zemědělství nebo vývoj nových léčiv zatím nelze spolehlivě určit. Základní informace o asporyzinech A–C přinesla práce Qiao et al. (2010).  Autoří této práce izolovali asporyziny, s polu s dalšími diterpenoidy indolového typu, z plísně Aspergillus oryzae, nalezené jako endofyt žjící uvnitř červené  řasy Heterosiphonia japonica. Výsledky této studie představují hlavní primární zdroj poznatků o jejich biologické aktivitě. 

Asporyzin A                              Asporyzin B                               Asporyzin C

Čaga neboli rezavec šikmý (Inonotus obliquus) – biologické vlastnosti, chemické složení a farmakologický potenciál

Jiří Patočka, Lucie Zíbarová, Radoslav Patočka

     Čaga, známá také jako rezavec šikmý (Inonotus obliquus), je dřevokazná houba z čeledi Hymenochaetaceae, charakteristická především tvorbou černých, nepravidelných sterilních útvarů na kmenech bříz. Přirozeně se vyskytuje především v chladných a mírných oblastech severní polokoule, zejména na Sibiři. Čaga má dlouhou historii využití v lidovém léčitelství. Připravuje se z ní vodný odvar nebo nálev a používá se při různých gastrointestinálních obtížích, zánětlivých stavech a nádorových onemocněních. Historické prameny uvádějí její léčebné používání nejméně od 16. století (Saar, 1991; Lee et al., 2008). Přehledová práce zaměřená na přechod od tradičního využití k modernímu klinickému použití čagy upozorňuje, že přes značné množství experimentálních studií stále chybí dostatečné klinické studie splňující standardy medicíny založené na důkazech (Szychowski et al., 2021). 

Rezavec šikmý, čaga (Inonotus obliquus). Foto: Mgr. Lucie Zíbarová

Asperpeptid A: dosud málo prozkoumaný mořský polypeptid

Jiří Patočka

     Asperpeptid A patří mezi přírodní peptidové metabolity spojované s houbami rodu Aspergillus. Při hodnocení jeho farmakologie je důležité rozlišovat mezi biologickou aktivitou zjištěnou při laboratorním testování, případným mechanismem účinku a skutečným farmakologickým nebo toxikologickým působením v organismu. Samotná izolace látky z mikroorganismu ani aktivita příbuzných peptidů ještě nedokládají její terapeutickou využitelnost nebo toxicitu u člověka. Asperpeptid A byl popsán v roce 2014 v práci Chena a spolupracovníků, kteří jej izolovali společně s dalšími peptidovými metabolity z mořského kmene mořské houby (plísně) rodu Aspergillus sp. (XS-20090B15), který byl izolován z rohovitky (gorgonie) druhu Muricella abnormalis v Jihočínském moři.  Autoři určili jeho strukturu pomocí spektroskopických metod a chemické derivatizace (Chen et al., 2014). Tento kmen gorgonie se stal předmětem intenzivního vědeckého výzkumu díky své schopnosti produkovat unikátní biologicky aktivní látky s významným farmaceutickým potenciálem. Takovou látkou je i cyklický pentapeptid asperpeptid A, jemuž je věnován tento článek.

 Mikroskopický snímekm mořské houby (plísně) rodu Aspergillus sp. XS-20090B15