Введение

Класс пептидов, обладающих антимикробной активностью.

Антимикробные пептиды (AMP), также называемые пептидами защиты хозяина (HDP), являются частью врожденного иммунного ответа, встречающегося во всех классах живых организмов. Существуют фундаментальные различия между прокариотическими и эукариотическими клетками, которые могут служить мишенями для антимикробных пептидов. Эти пептиды обладают высокой активностью и широким спектром антимикробного действия, что делает их перспективными в качестве новых терапевтических средств. Показано, что антимикробные пептиды уничтожают грамотрицательные и грамположительные бактерии, вирусные частицы с оболочкой, грибки и даже трансформированные или раковые клетки. В отличие от большинства традиционных антибиотиков, антимикробные пептиды часто дестабилизируют биологические мембраны, способны формировать трансмембранные каналы, а также могут усиливать иммунитет, действуя как иммуномодуляторы.

Деятельность

Способы действия, посредством которых антимикробные пептиды уничтожают микробы, разнообразны и могут различаться для разных видов бактерий. Некоторые антимикробные пептиды убивают как бактерии, так и грибки, например, псориазин убивает E. coli и несколько нитевидных грибов. Цитоплазматическая мембрана является частой мишенью, но пептиды также могут вмешиваться в синтез ДНК и белка, правильное сворачивание белка и синтез клеточной стенки. Модели внутриклеточного воздействия включают ингибирование синтеза клеточной стенки, изменение цитоплазматической мембраны, активацию аутолизинов, ингибирование синтеза ДНК, РНК и белков, а также ингибирование определенных ферментов. Во многих случаях точный механизм уничтожения неизвестен. Одним из перспективных методов изучения таких механизмов является интерферометрия двойной поляризации. В отличие от многих традиционных антибиотиков, эти пептиды, по-видимому, обладают бактерицидным действием.

АМП могут проявлять множественную активность, включая антиграмположительную, антиграммотрицательную, противогрибковую, противовирусную, антипаразитарную и противораковую. Крупномасштабный функциональный анализ АМП показывает, что среди всех видов активности АМП, амфипатичность и заряд – два основных свойства АМП – лучше всего различают АМП, обладающие и не обладающие антиграммотрицательной активностью. Это подразумевает, что АМП с антиграммотрицательной активностью могут отдавать предпочтение или даже требовать выраженной амфипатичности и чистого положительного заряда.

Иммуномодуляция

В дополнение к прямому уничтожению бактерий, было показано, что они обладают рядом иммуномодулирующих функций, которые могут быть вовлечены в элиминацию инфекции, включая способность изменять экспрессию генов хозяина, действовать как хемокины и/или индуцировать продукцию хемокинов, ингибировать продукцию провоспалительных цитокинов, индуцированную липополисахаридом, способствовать заживлению ран и модулировать ответы дендритных клеток и клеток адаптивного иммунного ответа. Модели на животных указывают на то, что пептиды защиты хозяина имеют решающее значение как для профилактики, так и для элиминации инфекции. Многие пептиды, первоначально выделенные и названные «антимикробными пептидами», оказались in vivo обладающими более значительными альтернативными функциями (например, гепцидин). Дускетид, например, является иммуномодулятором, действующим через p62 – белок, участвующий в передаче сигналов инфекции посредством Toll-подобных рецепторов. В настоящее время этот пептид изучается в клиническом исследовании III фазы, проводимом компанией Soligenix (SGNX), для оценки его способности способствовать восстановлению радиационно-индуцированного повреждения слизистой оболочки полости рта, возникающего в процессе лучевой терапии рака головы и шеи.

Активность, выходящая за рамки антибактериальных функций

Было замечено, что антимикробные пептиды (АМП) обладают функциями, помимо уничтожения бактерий и грибков. К этим видам активности относятся противовирусные эффекты, а также участие в защите организма хозяина, включая противораковые функции и влияние на неврологические процессы. Это послужило толчком к движению за переименование АМП в "пептиды защиты хозяина", чтобы отразить широкий спектр их потенциальных возможностей.

Противоопухолевые свойства

Некоторые цекропины (например, цекропин А и цекропин В) обладают противораковыми свойствами и называются противораковыми пептидами (ПРА). Дефенсин фруктовой мушки предотвращает рост опухолей, предположительно связываясь с опухолевыми клетками из-за модификаций клеточной мембраны, общих для большинства раковых клеток, таких как экспозиция фосфатидилсерина.

Антибиофильмовые свойства

Цекропин А способен уничтожать планктонные и сессильные биопленки, формируемые уропатогенными клетками кишечной палочки (UPEC), как самостоятельно, так и в сочетании с антибиотиком налидиксиновой кислотой, синергически устраняя инфекцию in vivo (у насекомого-хозяина Galleria mellonella) без проявления цитотоксичности в отношении нецелевых клеток. Многокомпонентный механизм действия включает в себя повышение проницаемости внешней мембраны, за которым следует разрушение биопленки, вызванное ингибированием активности эффлюксных насосов и взаимодействием с внеклеточными и внутриклеточными нуклеиновыми кислотами.

Другие исследования

Недавно проводились исследования, направленные на выявление потенциальных антимикробных пептидов у прокариот, водных организмов, таких как рыба и моллюски, а также у монотрем, например, эхидн.

Выборочность

В конкуренции между бактериальными клетками и клетками хозяина с антимикробными пептидами, антимикробные пептиды будут предпочтительно взаимодействовать с бактериальными клетками, а не с клетками млекопитающих, что позволяет им уничтожать микроорганизмы, не проявляя значительной токсичности по отношению к клеткам млекопитающих. Что касается раковых клеток, то они сами также секретируют человеческие антимикробные пептиды, включая дефензины, и в некоторых случаях сообщается об их большей устойчивости по сравнению с окружающими нормальными клетками. Следовательно, мы не можем утверждать, что селективность всегда высока в отношении раковых клеток.

Контроль

Много усилий было направлено на контроль клеточной селективности. Например, предпринимались попытки модифицировать и оптимизировать физико-химические параметры пептидов для управления селективностью, включая суммарный заряд, геличность, гидрофобность на аминокислотный остаток (H), гидрофобный момент (μ) и угол, образуемый положительно заряженной полярной поверхностью спирали (Φ). Предполагается, что прямое присоединение магейнина к поверхности субстрата снижает неспецифическое связывание клеток и улучшает предел обнаружения бактериальных клеток, таких как Salmonella и E. coli.

Биоинформатика

Существует несколько биоинформационных баз данных для каталогизации антимикробных пептидов. APD является оригинальной и основополагающей базой данных для антимикробных пептидов (https://aps.unmc.edu). На основе APD были созданы и другие базы данных, включая ADAM (База данных антимикробных пептидов), BioPD (База данных биологически активных пептидов), CAMP (Коллекция последовательностей и структур антимикробных пептидов), DBAASP (База данных антимикробной активности и структуры пептидов), DRAMP (Репозиторий данных антимикробных пептидов) – Добро пожаловать в базу данных DRAMP, и LAMP (Связывающие AMP). Базы данных антимикробных пептидов можно разделить на две категории в зависимости от источника содержащихся в них пептидов: специализированные и общие базы данных. Эти базы данных содержат различные инструменты для анализа и прогнозирования антимикробных пептидов. Например, APD имеет широко используемый вычислительный интерфейс и предоставляет ссылки на множество других инструментов. CAMP включает в себя инструменты для прогнозирования AMP, калькулятор характеристик, поиск BLAST, ClustalW, VAST, PRATT, представление в виде спирального колеса и другие. Кроме того, ADAM позволяет пользователям искать или просматривать взаимосвязь между структурой и последовательностью AMP. Антимикробные пептиды охватывают широкий спектр категорий, таких как противогрибковые, антибактериальные и противотуберкулезные пептиды. Предоставляет онлайн-платформу для изучения антимикробных пептидов с функциональной активностью и физико-химическими свойствами на основе данных транскриптома и протеома. Является онлайн-ресурсом, посвященным различным аспектам аннотации антимикробных пептидов (AMP), включая информацию о последовательности, антимикробную активность, посттрансляционные модификации (PTM), структурную визуализацию, антимикробную потенцию, целевые виды с минимальной ингибирующей концентрацией (MIC), физико-химические свойства и взаимодействия AMP с белками. Инструменты, такие как PeptideRanker, PeptideLocator и AntiMPmod, позволяют прогнозировать антимикробные пептиды, а другие разработаны для прогнозирования противогрибковой и противотуберкулезной активности.