Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Krótkie peptydy kationowe w walce z zakażeniami szpitalnymi
Krótkie peptydy kationowe w walce z zakażeniami szpitalnymi
Zakażenia szpitalne wywołane szczepami E.coli, Staphylococci czy Pseudomonas aeuroginosa są częste, ponieważ takie bakterie mogą bytować na urządzeniach oraz wyposażeniu szpitalnym. Naukowcy badają zastosowanie krótkich peptydów kationowych. Stworzone preparaty są w stanie przenikać przez biofilm otaczający komórki bakteryjne i wpływać na ich uszkodzenie poprzez oddziaływanie ze składnikami budującymi ścianę komórkową. Dodatkową zaletą jest specyficzność w stosunku do komórek bakteryjnych. Takie rozwiązanie umożliwia walkę z opornymi szczepami.

Antymikrobiologiczne peptydy (ang. antimicrobial peptides – AMPs) to związki coraz częściej badane oraz stosowane w przypadku zakażeń mikrobiologicznych, opornych na do tej pory stosowane strategie terapeutyczne. AMPs to naturalnie występujące substancje, które mogą być wykorzystywane w takim przypadku. Kwestie finansowe, a także trudności powiązane z ich niską skutecznością w modelach zwierzęcych zasugerowały konieczność udoskonalania tych naturalnych struktur w celu podniesienia ich skuteczności stosowania. Z tego powodu testuje się pochodne tych związków, które poprzez specyficzne modyfikacje charakteryzują się zwiększona skutecznością działania.

Naukowcy badają obecnie zastosowanie nowych cząsteczek jako substancji aktywnych wspomagających walkę z bakteriami opornymi na klika rodzajów antybiotyków. Jednym z nich są krótkie kationowe peptydy amfifilowe (pochodne AMPs) wykazujące właściwości antybakteryjne. Struktura alfa helisy z wprowadzonymi D-enancjomerami pojedynczych aminokwasów, umożliwia wiązanie do błon komórkowych oraz rozpoczęcie hemolizy. Optymalizacja pierwszorzędowej sekwencji białka umożliwia stworzenie odpowiednich oddziaływań z targetowymi strukturami. Przeprowadzone testy związków wykazały, iż białka posiadające silnie hydrofilowe reszty charakteryzują się niewielkimi właściwościami hemolitycznymi oraz antybakteryjnymi w porównaniu do cząsteczek silnie hydrofobowych. Jednakże zbyt znaczna lipofilność obniża ich działanie przeciwbakteryjne. Do innych modyfikacji naturalnych AMPs można zaliczyć dodawanie łańcucha lipidowego, arylowanego oligolizynowego, czy również obniżenie możliwości degradacji przez proteazy. Pozytywny wpływ prezentowanych związków określono w stosunku do Staphylococcus epidermidis (MRSE), Staphylococcus aureus (MRSA) oraz Escherichia coli .

W przypadku oporności bakteryjnej, szczególnie na kilka typów antybiotyków, jako nowe strategie terapeutyczne bada się również zastosowanie pochodnych naftalenowych. Przeprowadzone testy wykazały aktywność antybakteryjną pochodnych fenylonaftalenu, w stosunku do Staphylococcus aureus a także Enterococcus faecalis. W przypadku testowanych cząsteczek – 4,5 – amino,1-fenylonaftalen oraz 1,12-arylobenzofenotydyna, nowym punktem uchwytu terapeutycznego stało się białko bakteryjne FtsZ. Jest ono cząsteczką składową segmentu Z biorącego udział w podziałach komórki bakteryjnej. Leki wycelowane w jednostkę budującą tę strukturę umożliwiają zmiany polimeryzacji segmentu Z, tym samym modulując podziały komórkowe.

Kationowe dipeptydy połączone z naftalenem testowane są również obecnie jako struktury nano- i  biomateriałów oraz jako systemy dostarczania leków. Zakażenia bakteryjne powiązane z implantami medycznymi, a także  innymi materiałami medycznymi stają się coraz częstsze oraz bardziej niebezpieczne, ponieważ generują silną oporność dla stosowanych strategii terapeutycznych. Z tego powodu poszukuje się nowoczesnych materiałów i hydrożeli, które łączą w sobie doskonałe właściwości konstrukcyjne oraz odtwórcze z właściwościami antybakteryjnymi. Połączenie naftalenu z krótkimi peptydami kationowymi, umożliwiło otrzymanie pożądanej struktury przestrzennej oraz funkcjonalnej. Obecność dodatnio naładowanych aminokwasów, w szczególności lizyny, podnosi selektywność takich struktur dla ujemnie naładowanych błon komórek bakteryjnych. W ten sposób, tworzenie krótkich kationowych peptydów naftalenowych staje się również korzystnym podejściem do tworzenia nowej generacji nanomateriałów o właściwościach przeciwbakteryjnych, co podwyższa ich bezpieczeństwo stosowania.

Zakażenie szpitalne można zdefiniować jako "każdą chorobę o etiologii drobnoustrojowej, która zdarzyła się w związku z opieką szpitalną czy opieką nad pacjentem w innych warunkach (np. zakładach opieki długoterminowej)” – wyjaśnia dr hab. n. med. Jadwiga Wojkowska-Mach z Katedry Mikrobiologii, Zakładu Bakteriologii, Ekologii Drobnoustrojów i Parazytologii, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.

 

Do takich właśnie zdarzeń dochodzi coraz częściej. Dane podsumowują, iż jest to średnio na całym świecie około 8-9%, dla Europy to 7-8%, a w Basenie Morza Śródziemnego nawet 12% wszystkich przypadków hospitalizacji. Przyczyną takiego stanu rzeczy jest coraz większa oporność szczepów bakterii na stosowane terapie, co w najgorszym wypadku może się przyczynić do wystąpienia posocznicy (sepsy).

Źródła

1. „Bakteryjne zakażenia szpitalne w latach 2000 – 2006 w materiałach własnych Katedry Medycyny Sądowej CM UMK w Bydgoszczy” E. Bloch – Bogusławska, E. Wolska, P. Engelgardt, A. Mikucka, A. Paradowska; http://www.amsik.pl/archiwum/1_2008/1_08c.pdf

2. „Nosocominal infections” K. Inweregbu, J. Dave, A. Pittard; Oxford Journals; Medicine & Health Volume 5, Issue 1; Pp. 14-17.

3. “Antimicrobial activity of various 4- and 5-substituted 1-phenylnaphthalenes” C. Kelly et. al.; Eur J Med Chem. Feb 2013; 60: 395–409. http://europepmc.org/articles/PMC3949621

4. “Cationic Amphiphiles, a New Generation of Antimicrobials Inspired by the Natural Antimicrobial Peptide Scaffold” Brandon Findlay, George G. Zhanel and Frank Schweizer; Antimicrobial Agents and Chemotherapy; http://aac.asm.org/content/54/10/4049.full

5. “Interactions of Cationic Antimicrobial Peptides with Bacterial Membranes and Biofilms” L. M. Yin https://tspace.library.utoronto.ca/bitstream/1807/33594/3/Yin_Lois_M_201211_MSc_thesis.pdf

6. “Ultrashort Cationic Naphthalene-Derived Self-Assembled Peptides as Antimicrobial Nanomaterials” G. Laverty et. al.; BioMacromolecules; July 7, 2014.

KOMENTARZE
Newsletter