Mimosine: A Biomedical Perspective

Jiří Patočka, Maribel Ovando-Martinez

     Mimosine (L-β-(3-hydroxy-4-pyridone)-α-aminopropionic acid) is a non-proteinogenic amino acid that occurs naturally primarily in plants of the family Fabaceae, particularly in the genus Leucaena (e.g., Leucaena leucocephala) (Xuan et al., 2006) and Mimosa (e.g., Mimosa pudica) (Ahmad et al., 2012). This unusual secondary natural product represents an important plant defense mechanism against herbivores, insects, and certain microorganisms. Over the past several decades, mimosine has become the subject of intensive biomedical research (Muhammad et al., 2016). Mimosine is an important defensive secondary metabolite. Its ability to inhibit the cell cycle, interfere with iron metabolism, and block the activity of ribonucleotide reductase suggests potential applications in the treatment of neoplastic diseases; however, these same properties also represent a significant toxicological risk to certain livestock species. Mimosine is a structural analogue of the amino acid tyrosine. Its molecule contains a characteristic 3-hydroxy-4-pyridone ring, which confers pronounced chelating properties toward iron, copper, and other metal ions.

Thiodicarb – chemické vlastnosti, mechanismus účinku, toxikologie a environmentální význam

Jiří Patočka, Matěj Malik, Kamil Kuča

    Thiodicarb je syntetický insekticid ze skupiny oximových karbamátů, který byl vyvinut v 70. letech 20. století jako prostředek proti širokému spektru žravých škůdců. Po mnoho let byl používán především v ochraně bavlny, kukuřice, sóji, zeleniny a ovocných kultur, kde vykazoval vysokou účinnost zejména proti housenkám motýlů (Lepidoptera). Je znám pod obchodním názvem Larvin a v organismu i v prostředí se částečně metabolizuje na methomyl, který představuje biologicky aktivní metabolit s výraznou anticholinesterázovou aktivitou (Jones et al., 1989). Thiodicarb patří mezi karbamátové insekticidy inhibující acetylcholinesterázu, avšak na rozdíl od organofosfátů je vazba na enzym reverzibilní Gaaboub et al., 2005), což významně ovlivňuje průběh intoxikace i možnosti léčby.

     Po chemické stránce je thiodicarb síru obsahující dimerní derivát methomylu. Čistá látka tvoří bezbarvé až světle žluté krystaly s molekulovou hmotností 354,5 g/mol. Je prakticky nerozpustný ve vodě, ale dobře rozpustný v řadě organických rozpouštědel. Nízká těkavost a poměrně dobrá chemická stabilita umožňují jeho použití jako kontaktního i požerového insekticidu (Baur et al., 2003). V půdě podléhá hydrolytické i mikrobiální degradaci, přičemž jedním z hlavních degradačních produktů je methomyl. Thiodicarb je syntetický insekticid ze skupiny oximových karbamátů, který byl vyvinut v 70. letech 20. století jako prostředek proti širokému spektru žravých škůdců. Po mnoho let byl používán především v ochraně bavlny, kukuřice, sóji, zeleniny a ovocných kultur, kde vykazoval vysokou účinnost zejména proti housenkám motýlů (Lepidoptera). Je znám pod obchodním názvem Larvin a v organismu i v prostředí se částečně metabolizuje na methomyl, který představuje biologicky aktivní metabolit s výraznou anticholinesterázovou aktivitou (Jones et al., 1989). Thiodicarb patří mezi karbamátové insekticidy inhibující acetylcholinesterázu, avšak na rozdíl od organofosfátů je vazba na enzym reverzibilní Gaaboub et al., 2005), což významně ovlivňuje průběh intoxikace i možnosti léčby.

Thiodicarb

Jasplakinolid – cyklický depsipeptid s mimořádným významem pro výzkum aktinového cytoskeletu a perspektivami v protinádorové terapii

Jiří Patočka

     Jasplakinolid (synonymum jaspamid) představuje jeden z nejlépe prostudovaných přírodních cyklických depsipeptidů mořského původu (Crews et al., 1986). Od svého objevu v roce 1986 vzbuzuje značný zájem díky unikátnímu mechanismu účinku spočívajícímu v ovlivnění dynamiky aktinového cytoskeletu (Mizuno et al., 2002). Na rozdíl od většiny cytoskeletálních léčiv, která cílí na mikrotubuly (například taxany nebo vinka alkaloidy), působí jasplakinolid přímo na aktinová filamenta (Pospich et al., 2017). Tato vlastnost z něj činí nejen cenný experimentální nástroj buněčné biologie, ale také významnou výchozí molekulu pro vývoj nových protinádorových léčiv. Přestože jeho vysoká cytotoxicita dosud brání klinickému využití (Ebada et al., 2019), představuje jasplakinolid modelovou sloučeninu pro studium regulace buněčné motility, proliferace, apoptózy a metastazování nádorových buněk.

     Jasplakinolid byl izolován z mořských hub rodu Jaspis, zejména z druhů Jaspis splendens a Jaspis johnstoni, později byl nalezen i u dalších mořských hub tropických oblastí Indického a Tichého oceánu (Robinson et al., 2017). Předpokládá se, že skutečnými producenty mohou být symbiotické mikroorganismy žijící v tkáních hub (Lin et al., 2025), což je jev běžný u mnoha bioaktivních mořských metabolitů. Moderní ekologické studie dokonce ukázaly, že stejné metabolity lze zachytit pomocí umělých „mořských hub“, aniž by bylo nutné přírodní organismy poškozovat. Tento přístup představuje významný krok směrem k udržitelnému získávání mořských přírodních látek.

     Z chemického hlediska je jasplakinolid makrocyklický depsipeptid obsahující devatenáctičlenný kruh tvořený třemi aminokyselinami – L-alaninem, N-methylovaným bromovaným tryptofanem a β-tyrosinem – propojenými s polyketidovým hydroxykyselinovým fragmentem esterovou vazbou. Tato neobvyklá kombinace peptidové a polyketidové části vytváří rigidní trojrozměrnou strukturu nezbytnou pro vazbu na aktin. Přítomnost bromovaného indolového kruhu i β-tyrosinu významně přispívá k biologické aktivitě molekuly, především prostřednictvím hydrofobních a aromatických interakcí s cílovým proteinem. Syntetické studie ukázaly, že i malé změny stereochemie nebo makrocyklické konformace vedou k výraznému poklesu biologické aktivity, což svědčí o velmi přísných strukturních požadavcích pro vazbu na aktin (Xu et al., 2013).

Hnědák Schweinitzův (Phaeolus schweinitzii): nejnovější poznatky o biologii, chemismu a biotechnologickém potenciálu

Radoslav Patočka, Milada Mičánková, Jiří Patočka

     Hnědák Schweinitzův (Phaeolus schweinitzii) patří mezi nejvýznamnější dřevokazné houby mírného pásma. Je rozšířen v Evropě, Asii i Severní Americe a napadá především jehličnany, zejména smrky, borovice, jedle, modříny a douglasky. Způsobuje charakteristickou hnědou hnilobu kořenů a spodní části kmene, čímž výrazně snižuje mechanickou stabilitu stromů (Lindner & Banik, 2008). Přestože byl dlouhou dobu považován především za lesnického škůdce, výzkum posledních let ukazuje, že představuje také významný zdroj biologicky aktivních látek, pigmentů, enzymů i cenných poznatků o evoluci dřevokazných hub (Patočka & Patočka, 2022).

Hnědák Schweinitzův (Phaeolus schweinitzii). Foto: Milada Mičánková

Isavukonazol – moderní širokospektré triazolové antimykotikum

Jiří Patočka

     Isavukonazol (isavuconazole) představuje jedno z nejvýznamnějších antimykotik druhé generace ze skupiny triazolů, které bylo vyvinuto pro léčbu závažných invazivních mykotických infekcí (Wilson et al., 2016). Klinicky je podáván intravenózně nebo perorálně ve formě ve vodě rozpustného isavukonazonium sulfátu. Od svého schválení americkou FDA v roce 2015 a následně Evropskou lékovou agenturou se stal důležitou součástí léčby invazivní aspergilózy a mukormykózy (Marty et al., 2016; Souza et al., 2921). Díky výhodnému farmakokinetickému profilu, vysoké biologické dostupnosti, dobré snášenlivosti a širokému spektru účinku představuje významnou alternativu k vorikonazolu i posakonazolu. Současné klinické studie a doporučené postupy jej řadí mezi léky první volby u řady invazivních mykóz. 

Isavukonazol

Kofein ve světle současných vědeckých poznatků

Jiří Patočka, Anna Strunecká

     Kofein (1,3,7-trimethylxantin) je nejrozšířenější psychoaktivní látkou na světě. Přirozeně se vyskytuje v kávových zrnech, čajových listech, semenech guarany, ořeších kolovníku a listech cesmíny paraguayské. V současnosti je kofein součástí širokého spektra nápojů, potravinových doplňků i léčiv. Jeho hlavním mechanismem účinku je kompetitivní antagonismus adenosinových receptorů A₁ a A₂A, což vede ke zvýšení neuronální aktivity, uvolňování neurotransmiterů a stimulaci centrální nervové soustavy (Cardoso et al., 2025). V posledních letech přinesl výzkum nové poznatky o vlivu kofeinu na kognitivní funkce, neurodegenerativní onemocnění, metabolismus, sportovní výkonnost i dlouhověkost (Fredholm et al., 1999). Současně byly podrobněji charakterizovány genetické faktory ovlivňující metabolismus kofeinu a individuální citlivost na jeho účinky (van Dam et al., 2020). Kofein byl izolován již v roce 1819 německým chemikem Friedliebem Ferdinandem Rungeem (Atmaja, 2023). Přestože je znám více než dvě století, zůstává jednou z nejintenzivněji studovaných přírodních bioaktivních látek (Petriková & Patočka, 2006). Denně jej konzumuje více než 80 % dospělé populace světa, především ve formě kávy, čaje nebo energetických nápojů. Celosvětová spotřeba se odhaduje na více než deset miliard kilogramů kávy ročně. Chemicky patří kofein mezi methylované purinové alkaloidy (methylxantiny). Jeho molekulový vzorec je C₈H₁₀N₄O₂ a molekulová hmotnost činí 194,19 Da. Díky vysoké lipofilitě snadno prostupuje hematoencefalickou bariérou i placentou.

Napropamide Herbicide: Mechanism of Action, Biological Properties, and Its Role in Modern Crop Protection

Jiří Patočka, Matěj Malik

     Napropamide is a selective pre-emergence herbicide (soil-applied herbicide) that has been used for several decades to control annual grasses and certain broadleaf weeds in a wide range of agricultural and horticultural crops. Although it is not among the most widely recognized herbicides currently available, it represents an important component of integrated weed management, particularly in situations where long-lasting weed suppression is required without causing significant injury to cultivated plants. Owing to its specific mechanism of action and relatively low acute toxicity to mammals, napropamide is generally regarded as a herbicide with a favorable safety profile.

     The herbicidal activity of napropamide primarily affects the earliest stages of weed development. The compound acts before weed emergence by disrupting essential physiological processes required for cell division, cell elongation, and root system development. As a consequence, susceptible plants die during germination or shortly after seed germination, before the formation of aboveground shoots (Cycoń et al., 2013).

     Napropamide belongs to the amide class of herbicides, and its molecule exhibits high lipophilicity, which promotes adsorption to soil organic matter and limits rapid leaching into deeper soil horizons (Barrett & Ashton, 1983). Under standard conditions, it is a colorless to pale yellow crystalline compound with low water solubility but good solubility in organic solvents. In agricultural practice, napropamide is applied primarily to the soil surface before weed emergence or shortly after crop sowing. Following application, shallow soil incorporation is generally recommended to enhance the bioavailability of the active ingredient within the seed germination zone, thereby improving herbicidal efficacy.

Equisetum sylvaticum L. (Wood Horsetail) and Its Newly Identified Secondary Metabolites

Jiří Patočka, Milada Mičánková, Radoslav Patočka

     Equisetum sylvaticum L. (wood horsetail) is a perennial spore-producing plant belonging to the family Equisetaceae. It is widely distributed throughout the temperate and boreal regions of Europe, Asia, and North America. In the Czech Republic, the species occurs predominantly in moist forests, waterlogged meadows, and peatlands. E. sylvaticum is characterized by delicately branched sterile shoots bearing graceful pendulous branchlets, which confer its distinctive ornamental appearance (Duckett, 1985). Although it has received considerably less attention in phytotherapy than common horsetail (Equisetum arvense L.), E. sylvaticum represents an intriguing subject for pharmacognostic and phytopharmacological research.

Equisetum sylvaticum L. (wood horsetail). Photo: Milada Mičánková

Proč přibývá autistických dětí? Současný stav vědeckého poznání

Anna Strunecká, Jiří Patočka, Kamil Kuča

     Poruchy autistického spektra (PAS) představují heterogenní skupinu neurovývojových poruch charakterizovaných narušením sociální komunikace, omezenými zájmy a stereotypními vzorci chování (Ornitz et al., 1977). Během posledních čtyř desetiletí došlo ve většině průmyslově vyspělých zemí k výraznému nárůstu prevalence autismu. Zatímco v 70. letech minulého století byla prevalence odhadována přibližně na 4–5 případů na 10 000 dětí, současné populační studie uvádějí hodnoty přibližně 1–3 % dětské populace (Tustin & Rhode, 2021). Tento dramatický nárůst vyvolává ozku, zda jde převážně o důsledek lepší diagnostiky, nebo zda skutečně přibývá dětí s autismem. Současné vědecké poznatky naznačují, že odpověď není jednoduchá a zahrnuje působení více vzájemně propojených faktorů. Autismus je vysoce dědičné onemocnění, avšak genetická predispozice sama o sobě nedokáže vysvětlit rychlý nárůst prevalence během několika desetiletí (Muhle et al., 2004). Genetické změny v populaci probíhají pomalu, zatímco epidemiologické změny byly velmi rychlé. Proto je stále větší pozornost věnována interakcím mezi genetickou predispozicí a faktory prostředí během nitroděložního vývoje a raného dětství.

Fomannosin – vzácný přírodní cyklobutenový derivát s unikátní strukturou a biologickou aktivitou

Jiří Patočka

     Fomannosin představuje jeden z nejzajímavějších přírodních seskviterpenů obsahujících cyklobutenový kruh (Kepler et al., 1967). V přírodních produktech jsou nenasycené čtyřčlenné karbocykly mimořádně vzácné, protože cyklobutenový systém je značně napjatý a termodynamicky méně stabilní než běžné pěti- nebo šestičlenné cykly. Právě tato strukturní neobvyklost činí z fomannosinu významný objekt zájmu přírodních chemiků, syntetických organických chemiků i biologů (Hansen et al., 2018). Již od jeho objevu v 60. letech 20. století představuje fomannosin modelovou molekulu pro studium biosyntézy seskviterpenů, mechanismů tvorby cyklobutenových kruhů i vývoje nových syntetických metod vedoucích k napjatým přírodním produktům.