Ludzka mikrobiota źródłem peptydów przeciwdrobnoustrojowych

„Jedno z najpoważniejszych zagrożeń dla zdrowia, bezpieczeństwa żywnościowego i rozwoju na świecie”. W tych właśnie słowach WHO ² opisuje oporność na antybiotyki. Obiecującym rozwiązaniem tego problemu mogą okazać się peptydy przeciwdrobnoustrojowe (AMP) (sidenote: Peptydy przeciwdrobnoustrojowe (AMP – ang. antimicrobial peptides) Peptydy przeciwdrobnoustrojowe to krótkie sekwencje aminokwasów powszechnie występujące w różnych organizmach, w tym u bakterii, roślin, płazów, owadów, ryb i ssaków. Są one zdolne do zakłócania wzrostu drobnoustrojów najczęściej poprzez naruszanie integralności ściany komórkowej. Więcej informacji https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/antim… ) . Jest ich jednak wciąż niewiele. Niektóre przykłady to:

• bacytracyna wytwarzana przez Bacillus licheniformis do leczenia zakażeń oczu i skóry
• kolistyna wytwarzana przez Paenibacillus polymyxa var. collistinus do leczenia zapalenia płuc u pacjentów z mukowiscydozą
• polimyksyna B wytwarzana przez Paenibacillus polymyxa do leczenia zakażeń miejscowych

Stąd prace badawcze mające na celu identyfikację nowych kandydatów w oparciu o 1773 genomy ludzkiej mikrobioty skóry, jamy ustnej, układu pokarmowego i pochwy 263 zdrowych kobiet z NIH Human Microbiome Project. ³

323 potencjalnych kandydatów

Zespół zidentyfikował 323 potencjalnych kandydatów, których autorzy nazwali SEP (smORF-encoded peptides, peptydy kodowane przez smORF (sidenote: SmORF (Small open reading frames) Krótkie sekwencje kodujące małe peptydy o długości mniejszej niż 100 aminokwasów, które mogą pośredniczyć w kluczowych funkcjach fizjologicznych u ludzi i zwierząt. Więcej informacji Couso JP, Patraquim P. Classification and function of small open reading frames… ) ).

Na podstawie 3 kryteriów (potencjał przeciwdrobnoustrojowy, różnorodność reprezentowanych rodzin, łatwość syntezy) wybrano spośród nich 78 peptydów, zsyntetyzowano je, a następnie przetestowano przeciwko:

• 11 klinicznie istotnym szczepom patogenów (Acinetobacter baumannii, E. coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium)
• 13 najliczniej reprezentowanym bakteriom komensalnym przewodu pokarmowego ( należące do 4 typów: Verrucomicrobia, Bacteroidetes, Actinobacteria, et Firmicutes)

W przeciwieństwie do AMP peptydy SEP mogą być również ukierunkowane na bakterie komensalne.

70,5% wykazuje aktywność przeciwdrobnoustrojową

W sumie 55 z 78 zsyntetyzowanych SEP (70,5%) wykazywało działanie przeciwdrobnoustrojowe in vitro przeciwko co najmniej jednej bakterii patogennej lub komensalnej:

• 33 z 78 SEP niszczyło co najmniej jeden z 11 testowanych patogenów; S. aureus był jedynym patogenem, który nie był celem żadnego z 78 zsyntetyzowanych SEP;
• 45 z 78 SEP wykazywało niewielkie działanie przeciwbakteryjne przeciwko bakteriom komensalnym.

Pięć najbardziej obiecujących SEP (silne działanie przeciwpatogenne, niska aktywność wobec bakterii komensalnych) zostało zakodowanych przez bakterie skórne i pokarmowe (sidenote: Bakterie skórne i pokarmowe Faecalibacticin-3 (Faecalibacterium prausnitzii), fusobacticin-2 (Fusobacterium nucleatum), keratinobacin-1 (Keratinibaculum paraultunense), staphylococcin-2 (Staphylococcus capitis) i prevotellin-2 (Prevotella copri) ) . Les actions des différents SEP se révélaient souvent synergiques.

W badaniach in vivo (na modelu mysim) najlepszy kandydat, prevotellin-2 (P. copri), był tak samo skuteczny jak antybiotyk referencyjny (polimyksyna B) pod względem zmniejszania obciążenia bakteryjnego, bez znaczącej toksyczności dla myszy zakażonych A. baumannii.

Błona cytoplazmatyczna w centrum uwagi

W celu określenia ich mechanizmów działania SEP o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych przebadano pod każdym kątem. Wydaje się, że ich działanie przeciwdrobnoustrojowe jest ukierunkowane na błonę cytoplazmatyczną bakterii, którą depolaryzują (podczas gdy klasyczne AMP i kodowane peptydy na ogół działają na błonę zewnętrzną).