1.5 Антимикробни пептиди от насекоми
Насекомите нямат имунна система в смисъла, с който сме свикнали. Насекомите не произвеждат защитни протеинови молекули - антитела, които могат да блокират чужди протеини, попаднали в тялото. Въпреки това, отдавна е известно, че насекомите все още са в състояние да се борят с патогените, благодарение на синтезираните антибактериални пептиди. Известни са антимикробни пептиди, изолирани от различни насекоми [77]. Все още не е възможно да се изгради естествена класификация на антимикробните пептиди въз основа на общия произход на структурите, тъй като Въпреки постоянно нарастващия брой открити пептиди, действителният материал все още далеч не е достатъчен. Списъкът на видовете живи организми, изследвани в това отношение, е твърде малък, за да се правят обобщения относно големи систематични групи. Необходимо е да се сравнят спектрите на антимикробните пептиди от различни видове, принадлежащи към различни таксони, както и да се изследва спецификата на тяхното действие във връзка със спектъра на микробите в контакт с този тип организми в естествени условия. През 1996 г. Boman предложи класификация, основана на известна или предсказуема третична структура [78] Голямо значение в тази система се придава на наличието и броя на дисулфидните връзки в пептидната молекула. В съответствие с него бяха разграничени 4 структурни класа: 1) цекропини, 2) дефензини, богати на цистеин пептиди, 3) богати на пролин пептиди, 4) богати на глицин пептиди/полипептиди. Цекропини - най-голямата група в момента (290 пептида) е представена от пептиди, които образуват амфипатични ct-спирали в липидната среда, но обикновено са нарушени във водната 29
решения. Спиралната структура често се представя като спирала-завой-спирала, където първите 9-16 аминокиселинни остатъка образуват хидрофилна спиралаобласт близо до N-края, след това 2-4 остатъка (глицин и/или пролин) участват в ротацията, а следващите 11-14 аминокиселини образуват хидрофобна спирала на С-края [79] Това са линейни молекули, които не съдържат цистеин. Това включва цекропини, първоначално изолирани от имунизирана хемолимфа на какавида Hyalophoracecropia. Последващи изследвания показват наличието на такива пептиди в хемолимфата на много видове насекоми (Handucasexta, Samiacyntia, Drosophilasp. и др.). Според аминокиселинната последователност се разграничават три типа цекропини A, B и D. С-терминалните аминокиселинни остатъци на известни цекропини от насекоми са амидирани [78]. In vitro цекропините А и В са много активни срещу грам-положителни и грам-отрицателни бактерии, докато цекропин D е само срещу грам-отрицателни [80]. Основните представители на семейството на цекропин (А и В) имат повишена антимикробна активност в сравнение с по-малко катионния цекропин D, който има 3 по-малко положителни заряда в молекулата [81]. В репродуктивните органи на някои насекоми са открити уникални пептидни антибиотици.
Drosophila произвежда андропин [80]. Състои се от 32 аминокиселини, образуващи две а-спирали, неговият ген е в съседство с клъстера от гени, кодиращи цекропини. Този ген се активира от чифтосване, а не от инфекция, и се експресира само при зрели мъже. Два пептида (цератотоксини) са изолирани от репродуктивните органи на женската Ceratuscapitata. Те имат висока структурна хомология с цекропините и проявяват антибактериална и хемолитична активност [82]. Цекропините са активни и срещу еукариотни едноклетъчни паразити (род Plasmodium и Leishmania). Cecropin досега е единственият 30
пептид, който действа върху многоклетъчен паразитBrugiapahangi (нематод, който причинява човешка филариаза) [83]. Дефензините са пептиди с 3 дисулфидни връзки. Този клас включва най-често срещаната и многобройна група известни антимикробни пептиди. Дефензините участват в защитата на тялото от микробни инвазии при бозайници, насекоми и растения; такова широко разпространение на дефензиноподобни молекули показва техния древен произход и функционално значение. Дефензините на насекомите съдържат 29 до 40 аминокиселинни остатъка, включително шест инвариантни цистеинови остатъка, които образуват 3 вътрешномолекулни дисулфидни връзки. Молекулното тегло на пептидите е 2–6 kDa [84–86]. Дефексините проявяват антибактериална активност срещу грам-отрицателни бактерии. Трета група антимикробни пептиди от насекоми, обогатени с пролин молекули, изолирани от разредите Lipidoptera, Deptera и Hemiptera. Пептидите имат антибактериална активност срещу грам-отрицателни бактерии, а някои пептиди имат фунгицидна и антибактериална активност срещу грам-положителни бактерии [87]. Обогатените с глицин пептиди с молекулно тегло 8-24 kDa имат антибактериална активност срещу грам-отрицателни бактерии. Тази група включва атацини, саркотоксин II, диптерицин [77,88]. За разлика от други безгръбначни, тези пептиди не присъстват постоянно в тялото на насекомите, а се появяват само в отговор на инфекция. Това в известен смисъл е аналог на адаптивния имунитет при хората. Но при насекомите тази система е организирана много по-просто. В човешкото тяло антимикробните пептиди се намират вътре в имунната система, в левкоцитите, и действат като част от клетката. Y 31
насекоми, функцията за синтез на протеини се изпълнява отспециален орган - т. нар. мастно тяло, аналог на черния дроб при бозайниците. В случай на инфекция, мастното тяло освобождава едновременно около дузина различни пептиди, които заедно унищожават бактериите. Поради това възниква феноменът на висока антибактериална активност. В същото време лекарствените вещества са напълно нетоксични за самото насекомо.