Peptydy przeciwdrobnoustrojowe – sposób na lekooporność

Inspiracją do podjęcia tematyki zgłębianej przez nas w ramach projektu finansowanego w konkursie SONATA BIS jest znaczący wzrost lekooporności u mikroorganizmów, który obserwuje się od ponad 30 lat. Leki, na których dotąd polegaliśmy, przestają działać, ponieważ patogenne bakterie i grzyby wykształcają specyficzne mechanizmy obronne, dzięki którym stają się odporne na ich działanie.

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe (ang.: antimicrobial peptides, dalej: AMP) dają dużą nadzieję w walce z patogenami opornymi na leki. Są to małe cząsteczki, które stanowią część wrodzonej odpowiedzi immunologicznej wszystkich organizmów żywych. Różne AMP są w stanie zwalczyć grzyby, bakterie, wirusy, pierwotniaki, a nawet komórki nowotworowe. Prawdopodobnie bakterie były eksponowane na AMP przez miliony lat i, z wyjątkiem kilku gatunków, nie zaobserwowano powszechnej oporności mikrobów na te cząsteczki. Dzięki temu stanowią one potencjalną „skarbnicę‟ punktów wyjścia do projektowania leków przeciwdrobnoustrojowych.

fot. Michał Łepecki
Biologicznie niezbędne jony metali, takie jak cynk –Zn(II) i miedż – Cu(II), mają dwojaki wpływ na aktywność peptydów przeciwdrobnoustrojowych: (1) AMP wiążą je, dzięki czemu mikroby nie dostają wystarczająco dużo metali istotnych dla ich przeżycia i zjadliwości (wychwytywanie jonów metali) lub (2) AMP potrzebują danego jonu metalu do wzmocnienia ich działania przeciwdrobnoustrojowego. W ramach naszego projektu określiliśmy termodynamikę, strukturę i chemię koordynacyjną szeregu AMP z jonami cynku i miedzi , i porównaliśmy te dane z ich aktywnością przeciwdrobnoustrojową, wyciągając wnioski na temat związku między strukturą kompleksów metal-peptyd przeciwdrobnoustrojowy a ich stabilnością, sposobem działania i skutecznością. We współpracy z grupą dr Agnieszki Matery-Witkiewicz z Wrocławskiego Uniwersytetu Medycznego wybraliśmy najbardziej efektywne kompleksy metal-AMP – kalcyterminę (z ludzkich dróg oddechowych) i piscydyny (wyizolowane z ryb), które posłużyły do zaprojektowania nowych peptydów przeciwdrobnoustrojowych oraz ich kompleksów z metalami o większej skuteczności przeciwdrobnoustrojowej.

fot. Michał Łepecki
Opracowane w ten sposób kompleksy AMP połączymy z fragmentem cynkoforu Pra1 – wydzielanego przez Candida albicans białka, które w określony sposób wiąże niezbędne dla tego grzyba jony cynku Zn(II) i dostarcza go do jego specyficznego receptora – transbłonowego transportera cynku Zrt1. Tego typu oddziaływanie opisaliśmy dzięki naszemu wcześniejszemu projektowi SONATA („Zrozumienie oddziaływań cynku z cynkoforami i transporterami Zn(II) w grzybowych patogenach”) – we współpracy z prof. Duncanem Wilsonem z Uniwersytetu w Exceter. Pokazaliśmy, że już krótki, 29 aminokwasowy C-końcowy rejon cynkoforu wiąże jony cynku i jest selektywnie rozpoznawany przez grzyba. Do tak wysoce selektywnej cząsteczki kierującej możemy z powodzeniem dołączyć przeciwgrzybiczny terapeutyk – jeden z używanych powszechnie w klinice lub, w przypadku lekoopornych infekcji, oparty na jednym z peptydów przeciwdrobnoustrojowych, nad którymi obecnie pracujemy.