Antimikrobiset peptidit (AMP) ovat 12–50 aminohappotähteestä koostuvia molekyylejä, joilla on antimikrobista (antibakteerista) aktiivisuutta [1] [2] [3] ja jotka ovat keskeinen osa organismien immuunipuolustusjärjestelmää [4] .
Noin 20 vuotta sitten lyhyitä peptidejä , joilla oli antimikrobista vaikutusta , löydettiin hyönteisten hemolymfistä , ihmisen neutrofiileistä ja sammakon ihoa peittävästä limasta . Ensimmäistä kertaa silkkiäistoukkien Hyalophora cecropia toukkien hemolymfistä eristettiin antimikrobisia peptidejä, sekropiineja ( eng. cecropin ) . [5] Sekropiineilla oli voimakas antimikrobinen vaikutus, mutta ei vain tämä, vaan myös näiden aineiden toiminnan erittäin korkea spesifisyys yllätti. Sekropiinit olivat erittäin tehokkaita vain Escherichia colia vastaan . Myöhemmin Michael Zasloff havaitsi, että sammakon iho erittää suuren määrän antimikrobisia peptidejä, jotka koostuvat 23 aminohaposta, vasteena mikrobien hyökkäykselle tai vauriolle. Vuonna 1988 osoitettiin, että nisäkkäät voivat erittää myös antimikrobisia peptidejä. Jopa kasvit tuottavat antimikrobisia peptidejä. Tioniinit ovat kasvipeptidejä, jotka löydettiin lähes 50 vuotta sitten. Mielenkiintoinen tosiasia on, että hedelmäkärpäsen drosomysiinipeptidi on rakenteeltaan samanlainen kuin retiisin siemenistä peräisin oleva defensiini , ja perhosten erityksestä peräisin olevat antimikrobiset peptidit muistuttavat ohran tai vehnän tioniineja.
Yksi tyypillisimmistä antimikrobisista peptideistä ja paljon tutkittu on mehiläismyrkystä eristetty melittiinipeptidi [4] .
Antimikrobisten peptidien rakenne ja aminohapposekvenssi vaihtelevat suuresti, mutta antimikrobisilla peptideillä on useita yhteisiä ominaisuuksia. Ne kaikki syntetisoidaan suurina esiasteina signaalisekvensseillä, jotka sitten modifioidaan joko osan sekvenssin katkaisun seurauksena tai glykosylaation tai halogenoinnin seurauksena. Kaikki antimikrobiset peptidit ovat amfipaattisia molekyylejä . Niissä on sekä hydrofobinen alue, joka reagoi lipidien kanssa, että hydrofiilinen alue, joka on vuorovaikutuksessa veden tai negatiivisesti varautuneiden ionien kanssa. Antimikrobisten peptidien molekyylit ovat yleensä positiivisesti varautuneita, mikä auttaa niitä vuorovaikutuksessa negatiivisesti varautuneiden bakteerikalvojen kanssa.
Antimikrobisia peptidejä on neljä pääluokkaa:
Antimikrobiset peptidit vaikuttavat sekä gramnegatiivisiin että grampositiivisiin bakteereihin sekä sieniin , viruksiin ja alkueläimiin . Lisäksi antimikrobiset peptidit osoittavat antimikrobista aktiivisuutta antibiooteille vastustuskykyisiä bakteerikantoja vastaan .
Antimikrobiset peptidit vaikuttavat gramnegatiivisten bakteerien negatiivisesti varautuneeseen ulkokalvoon . Tämän kalvon pinnalla on magnesiumkationeja, jotka neutraloivat kalvon pinnalla olevan negatiivisen varauksen. Antimikrobiset peptidit syrjäyttävät nämä ionit ja joko sitoutuvat voimakkaasti negatiivisesti varautuneeseen lipopolysakkaridiin tai neutraloivat negatiivisen varauksen kalvon pinnalla, hajottavat sen rakenteen ja tunkeutuvat periplasmiseen tilaan.
Myös bakteerien sytoplasminen kalvo on negatiivisesti varautunut. Antimikrobiset peptidit voivat integroitua sytoplasmiseen kalvoon ja muuttaa konformaatiotaan muodostaen rakenteita, kuten kanavia, jotka häiritsevät solun eheyttä. Lisäksi bakteerin tai muun loisen sytoplasmaan tunkeutuessaan antimikrobiset peptidit sitoutuvat positiivisesti varautuneina solupolyanioneihin (kuten DNA ja RNA ), mikä myös johtaa bakteerisolun kuolemaan. Lisäksi olemassa olevien mallien joukossa antibakteeristen peptidien vaikutus mikrobisoluun on ns. mattomalli. Positiivisesti varautuneet peptidimolekyylit ikään kuin reunustavat negatiivisesti varautuneita bakteerikalvoja muodostaen molekyylimaton. Kun bakteerin koko pinta on peptidien peitossa, sen kalvo alkaa hajota paloiksi.
Antibiootteja käytetään laajalti bakteeri-infektioiden torjunnassa , mutta antibioottien käytössä on kuitenkin resistenttien mikro- organismikantojen syntyongelma . Bakteerien on paljon vaikeampaa kehittää vastustuskykyä antimikrobisille peptideille. Siksi antimikrobiset peptidit voivat olla hyvä vaihtoehto antibiooteille. Antimikrobisten peptidien käyttö klinikalla kohtaa kuitenkin edelleen useita esteitä. Joten suonensisäisesti annettuna antimikrobiset peptidit tulvivat terveitä kudoksia ja vain tietty osa niistä saavuttaa infektiokohdan. Isäntäproteaasit pilkkovat antimikrobisia peptidejä ennen kuin ne saavuttavat määränpäänsä. Antimikrobisten peptidien aktiivisuus in vivo poikkeaa usein peptidien aktiivisuudesta in vitro . Siten äyriäisten hemolymfistä eristetty polyfemysiini, joka osoitti suurta antimikrobista aktiivisuutta in vitro , ei osoittanut mitään antimikrobista aktiivisuutta eläinmalleissa. Toinen este antimikrobisten peptidien laajalle käytölle on niiden korkea hinta. Niitä ei vielä saada suuressa mittakaavassa antibiootteina, ja mikrobilääkkeiden peptidien hoidon hinta tulee olemaan noin 100 dollaria päivässä.
Tällä hetkellä antibioottiresistenssin laaja leviäminen edellyttää uusien mikrobilääkkeiden etsimistä ja kehittämistä. Tästä näkökulmasta defensiinit (sekä antimikrobiset peptidit yleensä) ovat erittäin kiinnostavia. On osoitettu, että defensiineillä on voimakas antibakteerinen vaikutus monenlaisia patogeenejä vastaan [6] . Lisäksi defensiinit voivat parantaa lääketieteellisessä käytännössä jo käytettyjen antibioottien tehokkuutta [6] .
Antimikrobiset peptidit ovat tehokkaita kemoattraktantteja , jotka pystyvät rekrytoimaan antigeeniä esitteleviä soluja ja edistämään siten hankittua immuunivastetta . Ne ovat myös syöttösolujen kemoattraktantteja .
Kasvipatogeenit ovat suuri ongelma kasvinviljelyssä. Kasvitaudit aiheuttavat noin 30-50 miljardin dollarin menetyksiä vuosittain. Torjunta -aineet eivät ole paras ratkaisu kasvipatogeenien ongelmaan , koska torjunta-aineet ovat myrkyllisiä ihmisille ja vahingoittavat ympäristöä. Ratkaisu fytopatogeenien ongelmaan voivat olla siirtogeeniset kasvit, jotka ilmentävät antimikrobisia peptidejä. Lisäksi saatiin siirtogeenisiä kaloja, jotka tuottivat liikaa antimikrobisia peptidejä . Näillä kaloilla oli lisääntynyt vastustuskyky infektioita vastaan.
Nisiinipeptidiä ( en:Nisin ) käytetään jo elintarvikkeiden säilöntäaineena ja keinona pitää ruusut tuoreina. Sekropiineja suositellaan käytettäväksi piilolinssien desinfiointiin. Ja magainiinipeptidit voivat tuhota siittiöitä , mikä mahdollistaa ehkäisyvälineiden valmistamisen niiden perusteella.
Massachusettsin yliopiston tutkijat yrittivät rakentaa keinotekoisia antimikrobisia peptidejä kielitieteen avulla . Luonnollisista antimikrobisista peptideistä on luotu kielellinen malli . Lingvistinen analyysi teki mahdolliseksi tunnistaa noin 700 tunnusomaista 10 aminohapon lausetta tunnetuista antimikrobisista peptideistä. Näistä sanoista rakennettiin keinotekoisesti uusia peptidejä, jotka koostuivat 20 aminohaposta . Samaan aikaan 18:lla 42 keinotekoisesta peptidistä oli voimakas antimikrobinen vaikutus. Valmisteita pernaruttoa vastaan on saatu Bacillus anthracis ja Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus . Keinotekoiset peptidit, jotka rakennettiin samoista aminohapoista, mutta järjestettiin satunnaiseen järjestykseen, toimivat kontrollina tässä kokeessa. Samaan aikaan antimikrobinen vaikutus havaittiin vain kahdessa 42 peptidistä, mikä osoittaa toistuvien kielioppirakenteiden roolin uuden antimikrobisen peptidin rakentamisessa.
| Antimikrobiset peptidit : granulosyyttirakeiden sisältö | |
|---|---|
| Azurofiiliset rakeet : |
|
| Spesifiset neutrofiilirakeet : |
|
| Eosinofiilirakeita : _ |
|