Az antimikrobiális peptidek (AMP) 12-50 aminosavból álló molekulák, amelyek antimikrobiális (antibakteriális) aktivitással rendelkeznek [1] [2] [3] , és kulcsfontosságú összetevői az organizmusok immunvédelmi rendszerének [4] .
Körülbelül 20 évvel ezelőtt antimikrobiális hatású rövid peptideket találtak a rovarok hemolimfájában , az emberi neutrofilekben és a békák bőrét borító nyálkahártyában . Először izoláltak antimikrobiális peptideket, a cecropinokat ( eng. cecropin ) a Hyalophora cecropia selyemhernyó hernyóinak hemolimfájából . [5] A cecropinok erős antimikrobiális aktivitással rendelkeztek, de nemcsak ez, hanem ezen anyagok hatásának igen magas specifitása is meglepő volt. A cecropinok csak az Escherichia coli ellen voltak hatékonyak . Később Michael Zasloff felfedezte, hogy a békák bőre a mikrobiális támadásra vagy károsodásra válaszul nagy mennyiségű, 23 aminosavból álló antimikrobiális peptidet választ ki. 1988-ban kimutatták, hogy az emlősök is képesek antimikrobiális peptideket kiválasztani. Antimikrobiális peptideket még a növények is termelnek. A tioninok növényi peptidek, amelyeket csaknem 50 évvel ezelőtt fedeztek fel. Érdekes tény, hogy a gyümölcslégyből származó drozomicin peptid szerkezetében hasonló a retek magjából származó defenzinhez , a lepkék szekréciójából származó antimikrobiális peptidek pedig az árpa vagy a búza tioninjaira hasonlítanak.
Az egyik legjellemzőbb antimikrobiális peptid, amelyet alaposan tanulmányoznak, a méhméregből izolált melittin peptid [4] .
Az antimikrobiális peptidek szerkezete és aminosavszekvenciája nagymértékben különbözik, de az antimikrobiális peptidek számos közös tulajdonsággal rendelkeznek. Mindegyiket nagy prekurzorként szintetizálják szignálszekvenciákkal, amelyek azután vagy a szekvencia egy részének hasítása, vagy glikoziláció vagy halogénezés eredményeként módosulnak. Minden antimikrobiális peptid amfipatikus molekula . Van egy hidrofób régiójuk, amely reakcióba lép a lipidekkel , és egy hidrofil régiójuk, amely kölcsönhatásba lép vízzel vagy negatív töltésű ionokkal. Az antimikrobiális peptidek molekulái általában pozitív töltésűek, ami segíti őket a negatív töltésű bakteriális membránokkal való kölcsönhatásban.
Az antimikrobiális peptideknek négy fő osztálya van:
Az antimikrobiális peptidek Gram-negatív és Gram -pozitív baktériumokra, valamint gombákra , vírusokra és protozoonokra egyaránt hatnak . Ezenkívül az antimikrobiális peptidek antimikrobiális aktivitást mutatnak az antibiotikum - rezisztens baktériumtörzsekkel szemben .
Az antimikrobiális peptidek a Gram-negatív baktériumok negatív töltésű külső membránjára hatnak. Ennek a membránnak a felületén magnéziumkationok vannak, amelyek semlegesítik a membrán felületén lévő negatív töltést. Az antimikrobiális peptidek kiszorítják ezeket az ionokat, és vagy erősen kötődnek a negatív töltésű lipopoliszacharidhoz , vagy semlegesítik a membrán felületén lévő negatív töltést, megbontják annak szerkezetét és behatolnak a periplazmatikus térbe.
A baktériumok citoplazmatikus membránja is negatív töltésű. Az antimikrobiális peptidek beépülhetnek a citoplazma membránba, és megváltoztathatják konformációjukat, és olyan struktúrákat, például csatornákat képezhetnek, amelyek megzavarják a sejt integritását. Ezenkívül a baktérium vagy más parazita citoplazmájába behatolva az antimikrobiális peptidek pozitív töltésűek sejtek polianionjaihoz (például DNS és RNS ) kötődnek, ami szintén a baktériumsejt pusztulásához vezet. Ezenkívül az antibakteriális peptidek mikrobasejtre gyakorolt hatásának meglévő modelljei között létezik az úgynevezett szőnyegmodell. Pozitív töltésű peptidmolekulák szegélyezik a negatív töltésű bakteriális membránt, így molekuláris szőnyeget alkotnak. Amikor egy baktérium teljes felületét peptidek foglalják el, a membránja elkezd darabokra törni.
Az antibiotikumokat széles körben használják a bakteriális fertőzések leküzdésére , azonban az antibiotikumok alkalmazása szembesül a rezisztens mikroorganizmus - törzsek megjelenésének problémájával . A baktériumok sokkal nehezebben képesek rezisztenciát kialakítani az antimikrobiális peptidekkel szemben. Ezért az antimikrobiális peptidek jó alternatívát jelenthetnek az antibiotikumokkal szemben. Az antimikrobiális peptidek klinikai alkalmazása azonban még mindig számos akadályba ütközik. Tehát intravénás beadás esetén az antimikrobiális peptidek elárasztják az egészséges szöveteket, és csak egy részük jut el a fertőzés helyére. A gazdaproteázok felhasítják az antimikrobiális peptideket, mielőtt azok célba érnének. Az antimikrobiális peptidek in vivo aktivitása gyakran eltér a peptidek in vitro aktivitásától . Így a rákfélék hemolimfájából izolált polifemizin, amely in vitro magas antimikrobiális aktivitást mutatott , nem mutatott semmilyen antimikrobiális aktivitást állatmodellekben. Az antimikrobiális peptidek széles körű elterjedésének másik akadálya a magas költségek. Ezeket még nem lehet nagy mennyiségben beszerezni antibiotikumként, és az antimikrobiális peptidekkel történő kezelés költsége körülbelül napi 100 dollár lesz.
Jelenleg az antibiotikum-rezisztencia széles körű elterjedése új antimikrobiális gyógyszerek felkutatását és fejlesztését teszi szükségessé. Ebből a szempontból a defenzinek (valamint általában az antimikrobiális peptidek) nagy érdeklődésre tartanak számot. Kimutatták, hogy a defenzinek kifejezett antibakteriális hatással rendelkeznek a kórokozók széles körével szemben [6] . Ezenkívül a defenzinek fokozhatják az orvosi gyakorlatban már használt antibiotikumok hatékonyságát [6] .
Az antimikrobiális peptidek erős kemoattraktánsok , amelyek képesek antigénprezentáló sejteket toborozni , így elősegítik a szerzett immunválaszt . Emellett hízósejt- kemoattraktánsok is .
A növénytermesztésben nagy problémát jelentenek a fitopatogének. A növénybetegségek körülbelül 30-50 milliárd dollár veszteséget okoznak évente. A peszticidek nem a legjobb megoldás a fitopatogének problémájára , mivel a peszticidek mérgezőek az emberre és károsak a környezetre. A fitopatogének problémájára az antimikrobiális peptideket expresszáló transzgenikus növények jelenthetik a megoldást. Ezenkívül olyan transzgenikus halakat kaptak, amelyek túltermelték az antimikrobiális peptideket . Ezek a halak fokozottan ellenálltak a fertőzéseknek.
A nizin peptidet ( en:Nisin ) már használják élelmiszer- tartósítószerként és a rózsák frissességének megőrzésére. A cecropinokat a kontaktlencsék fertőtlenítésére javasolják. A magainin peptidek pedig elpusztíthatják a spermiumokat , ami lehetővé teszi rajtuk alapuló fogamzásgátlók előállítását.
A Massachusettsi Egyetem tudósai kísérletet tettek mesterséges antimikrobiális peptidek létrehozására a nyelvészet segítségével . Létrehozták a természetes antimikrobiális peptidek nyelvi modelljét . A nyelvészeti elemzés lehetővé tette, hogy az ismert antimikrobiális peptidekben 10 aminosav mintegy 700 jellegzetes kifejezését azonosítsák. Ezekből a szavakból 20 aminosavból álló új peptideket állítottak elő mesterségesen . Ugyanakkor a 42 mesterséges peptid közül 18-nak volt erős antimikrobiális hatása. Anthrax Bacillus anthracis és Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus elleni készítményeket szereztek be . Ebben a kísérletben kontrollként az azonos aminosavakból felépített, de véletlenszerű sorrendben elrendezett mesterséges peptidek szolgáltak. Ugyanakkor a 42 peptid közül csak kettőnél volt kimutatható az antimikrobiális hatás, ami az ismétlődő nyelvtani szerkezetek szerepét jelzi egy új antimikrobiális peptid felépítésében.
| Antimikrobiális peptidek : granulocita granulátum tartalma | |
|---|---|
| Azurofil granulátumok : |
|
| Specifikus neutrofil granulátumok : |
|
| Eozinofil granulátumok : |
|