Antimikrobiella peptider
#Högt innehåll av positivt laddade aminosyror, katjoniska peptider
#Förmågan att anta en amfipatisk struktur
Hydrofil,
positivt
laddade aa
Hydrofob, oladdade aa
Exempel på amfipatisk katjonisk helix
Polär
Laddad (+)
Hydrofob
Laddade aa
Hydrofoba aa
Neutrala aa
Hp(2-20), a-helix peptid
Historia
80-tal
Hur försvarar sig enkla organismer (t.ex insekter) mot
bakterie infektioner?
-Enkla bakteriedödande peptider
00-tal
Liknande peptider hittade hos nästan alla organismer
man letat (inkl. växter), tros nu vara extremt viktiga även
hos högre djur (däggdjur) som ett snabbt och ospecifikt
“first line of defence” vid infektioner och som en länk till
det adaptiva immunförsvaret
Kännetecken
# Enkla molekyler; ca 10-80 aminosyror
# Varierande strukturer; helix, sheet, ringstruktur, loopar mm.
# Brett spektrum; G+, G-, svamp (vissa även antivirala)
# Interagerar med membraner
# Dödar snabbt
Olika grupper
a-helix
Antar helixstruktur i
lipidmembran, tex. cecropiner
-sheet
Stabiliseras av
disulfidbryggor, tex.
defensiner
Loop-struktur
Stabiliseras av disulfidbryggor,
tex. protegriner
Peptider från de olika grupperna är homologa, men har låg
sekvenslikhet de har evolverat oberoende av varandra
Bakteriedödande mekanism
Antimikrobiell peptid
+ + + +
LPS
1. Störning av
membranstruktur
+ + + +
+ + + +
+ + + +
Membran
2. Porbildning
3. Mot cytoplasmamembran
+ + + +
Förekomst i däggdjur
Epitel
Där bakterier först
kommer i kontakt med
kroppen
Munhåla
Lungor
Tarm
Urogenitalt
Hud
Fagocyterande celler
För att bidra till
avdödningen
av
fagocyterade
bakterier,
ligger lagrade i
intracellulära
organeller,
granule.
Humana granulocyters abp
#Komplex arsenal av antimikrobiella substanser, synergi
effekter
#Toxiska syre radikaler
#Antibakteriella proteiner (t.ex Lactoferrin, BPI) med
katalytiska funktioner bryter ner bakteriella beståndsdelar
-För stora för att klassas som abp
#Två grupper klassas som abp;
Defensiner
Cathelicidiner
Defensiner
#29-34 aa, 3
disulfidbryggor, cyklisk sheet struktur
#4 humana varianter
#a-defensiner finns i
mycket höga
koncentrationer i fagocyter,
frisätts in i fagosomen –
toxiska mot värdceller vid
höga koncentrationer
#-defensiner finns i epitel
Defensiner II
#Direkt antimikrobiella
Bredspektrum antibiotika (G+, G-, svamp, virus)
Nedsatt aktivitet vid fysiologiska saltkoncentrationer!! ??
#Indirekt antimikrobiella
Opsoniserande förstärker upptag och avdödning av
fagocyter
#Indirekt immunoreglerande
Aktiverar mastceller
Stimulerar cytokinproduktion i epitel
Attraherar immunceller t.ex monocyter,
DC, T-celler och makrofager
Ospecifikt
immunsvar
Specifikt
immunsvar
Cathelicidiner
pre
29-30 aa
pro
98-114 aa
peptid
12-100 aa
#Extremt heterogen grupp peptider med stora likheter i
pre-pro sekvenserna
#Den aktiva peptiden bildas då pre-pro delarna klyvs
bort, bland de olika aktiva cathelicidinerna finns alla olika
grupper av abp representerade
#Oklyvda pro-formen kan frisättas utanför cellen
#Troligen har pre-pro delen viktiga funktioner; leverans,
targeting, aktivering
Cathelicidiner II
LL-37 =aktiv del av human cathelecidin, a-helix
peptid
#Direkt antimikrobiell, bredspektrum
#Binder och neutraliserar LPS
inflammatorisk respons
#Attraherar och aktiverar fagocyter/inflammatoriska
celler
#Stimulerar immunceller
inflammatorisk respons
LL-37 kan alltså både upp- och nedreglera
immunresponsen, fungerar som en sk.
Hur viktiga är abp för vårt immunförsvar?
#Specific granule deficiency;
Saknar a-defensiner i fagocyterande celler –lider av
återkommande, allvarliga infektioner
#Brännskador;
Sepsis ansvarar för 60% av dödsfallen vid allvarliga
brännskador
Huden försvinner = fysisk barriär
Bränd hud tappar förmågan att tillverka defensiner
#Cystisk Fibros;
Kroniska bakterieinfektioner (P. aeruginosa),
inflammation och nedbrytning av lungvävnad
Abp som klinisk antibiotika
Fördelar
Nackdelar
#Potenta (in vitro)
#Dyra att syntetisera
#Brett verknings spektrum
(inkl. svamp & virus)
#Svåra att framställa
transgent i bakterier
eller jäst då peptiderna
dödar dessa celler
#Dödar snabbt
#Binder LPS =
antiendotoxin
#Aktiva även mot
multiresistenta stammar
#Få resistenta stammar
#Fungerar inte lika bra
in vivo –behöver ”rätt”
salthalter o höga
koncentrationer....
Abp som klinisk antibiotika
Inom sjukvård
#FasIII, a-helix peptid mot topiska infektioner, bensår o.dyl
#FasII, loop-peptid mot CF (aerosol), munhåleinfektioner
#Fas I & II, -sheet peptid mot multiresistent S. aureus
olika peptider mot sepsis och endotoxisk shock
Övriga användningsområden
#Transgent uttryck i växter resistens mot
bakterie/svamp angrepp
#Transgent i köttdjur minskad användning av antibiotika
inom djuruppfödning
Resistens-utveckling?
#Inaktivering/nedbrytning av peptiden
#”Kamouflage” av ytstrukturer, för att minska inbindning
av peptid, t.ex modifiering av LPS (mindre negativ
laddning)
#Återupprättande av den peptid-inducerade störningen
#Vissa patogena stammar av Salmonella uppvisar en
viss resistens, tätt linkat till virulens
Resistensmekanismer
Nedbrytning
mha frisatt eller
ytbundet
peptidase
LPS modifiering
yttre membran
periplasma
intracellulär
a peptidaser
cytoplasma
inre membran
Varför är resistens så ovanligt?
#Avsaknaden i specifika mål-molekyler?
#Komplexiteten i avdödningsmekanismen?
Inga enkla mutationer ger resistens, större
förändringar och/eller nya system krävs
#Komplex arsenal av antibakteriella substanser in
vivo?
#Snabb avdödning?
Bakterieparanoia in absurdum
Triclosan
5-Chloro-2(2,4dichlorophenoxy)pheno
l
Vanligaste antibakteriella
substansen i tvål, tandkräm,
rengöringsmedel, köksprodukter,
leksaker mm.
Ansedd vara ofarlig för djur och
människor, lätt nedbrytbar och ha en
ospecifik avdödningsmekanism.
Användadet av Triclosan har ökat
enormt de senaste åren.
Risker med Triclosan
Triclosan har en specifik avdödningsmekanism! Blockerar ett bakteriespecifikt enzym, Enoyl-acyl carrier
protein reductase, involverat i fettsyre
syntes. Resistenta stammar har
identifierats
Inte så lätt nedbrytbar som man trott,
Triclosan har hittats i reningsverk och
bröstmjölk
Vissa mildare biverkningar har hittats
hos människor, mest olika hud
irritationer
Dioxin bildas vid förbränning av
Att tänka på vid antibakteriell drug-design
Specificitet:
värdcell : bakterie
normalflora : patogen
Target:
hur “komplicerat” är det för
resistensmekanismer att uppstå?
finns liknande targets i andra celler?
Övrigt:
bieffekter, nedbrytning,
bio-tillgänglighet, kostnad
(gäller alla droger)
Situationen in vivo är alltid mer
komplex än i provröret...
Nya strategier för antibakteriell drug-design
För att motverka resistensutveckling försöker man
undvika “enkla” direkta targets:
# komplexa targets abp
# indirekta targets?
kan man istället för att döda mikroberna direkt trigga
någon del av immunfösvaret till att ta hand om
infektionen på ett effektivt sätt med många olika
avdödningsmekanismer som agerar i synergi?
Pattern Recognition
PAMP (“Pathogen Associated Molecular Pattern”);
Strukturer som delas av ett stort antal patogena
mikroorganismer, ofta nödvändiga för
virulens/överlevnad.
Ex.
# LPS
# Peptidoglukan
# Lipoteikonsyra
# Bakteriespecifika socker
# Dubbelsträngat RNA
# formylerade peptider
Igenkänning av dessa strukturer är medfödd, kodas
genomiskt och ärvs “Innate immunity”
Receptorer förekommer på antigen presenterande
celler, fagocyter, epitelceller
Toll-signalering
#Receptorer känner igen
PAMP
#Receptorer och
signalleringskomponenter
hittades först hos insekter;
sätter igång produktion av abp
vid infektioner
#Stora homologier i däggdjur
evolutionärt mycket viktiga
system
Toll-signallering
Insekter:
Aktivering av Toll-signallering leder till ökad
produktion av abp
Däggdjur:
Aktivering av Toll-signallering leder till;
#Inflammation
#Aktivering och tillväxt av antigen presenterande
celler
#Aktivering av fagocyter
Aktiverar det snabba ospecifika immunsvaret
Mobiliserar och förbereder det långsamma
adaptiva immunsvaret
Kan man få mikroben att öka sitt uttryck av PAMPar?
Bakterier (men inte eukaryoter) är beroende av deformylering av sina
proteiner, mha ett peptid deformylase (PDF)
PDF inhibitorer kan döda bakterier, men kräver höga koncentrationer
Vid subletala doser av PDF inhibitorer ÖKAR bakteriernas frisättning
av formylerade peptider som är en PAMP.
O
Dessa är potenta aktivatorer av det ospecifika H C NH CH
immunförsvaret och kan mobilisera det specifika
PDF inhibitorer borde kunna fungera som indirekt
antibiotika och lokalt öka PAMP koncentrationerna
och trigga immunförvarets olika komplexa avdödningsmekanismer
?????
CH 2
CH 2
S
CH 3
Multifunktions molekyler
Många abp (defensiner & cathelecidiner) kan binda och
neutralisera PAMPar (tex. LPS) och därigenom dämpa
immunresponsen.
Samma abp kan också direkt attrahera och aktivera
celler som deltar i immunresponsen.
From: Bowdish, D. M. E., Davidson, D. J., Hancock, R. E. W. (2005). Curr. Prot. Pep. Sci, 6(1); 35-51
?? Koncentrationsberoende ??
?? Komplex balans ??
?? Andra faktorer??
