Artyku³ przegl¹dowy Review
Stosowanie w okresie ostatnich dziesiêcioleci co-raz wiêkszych iloci antybiotyków doprowadzi³o do wzrostu opornoci wielu szczepów bakterii na ich dzia-³anie. Ju¿ w 1939 roku MacLean, Rogers i Fleming opisali pojawienie siê szczepu gronkowca opornego na sulfonamidy u pacjenta leczonego sulfapirydyn¹. W ci¹gu nastêpnych kilku lat spotyka siê coraz wiêcej informacji dotycz¹cych wzrastaj¹cej liczby szczepów opornych na penicylinê, streptomycynê, chloramfeni-kol i antybiotyki tetracyklinowe. W 1957 roku w Pol-sce ponad 95% gronkowców wyizolowanych z mate-ria³ów klinicznych i pozaklinicznych by³o opornych na sulfonamidy oraz antybiotyki; w materia³ach kli-nicznych szpitali woj. gdañskiego stwierdzono oko³o 73% szczepów gronkowców opornych na penicylinê, 35% na streptomycynê, 24% na chloramfenikol i oko-³o 12% gronkowców opornych na aureomycynê. W la-tach szeædziesi¹tych nast¹pi³o szybkie zwiêkszenie opornoci pa³eczek Gram-ujemnych. Obecnie niemal wszystkie izolowane ze rodowiska szpitalnego szcze-py Pseudomonas aeruginosa s¹ oporne na ogólnie do-stêpne antybiotyki. Wzrós³ odsetek opornych na
dzia-³anie antybiotyków takich szczepów, jak: Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli, Flayobacterium, Ente-robacter i innych pa³eczek Gram-ujemnych [http:// www.pg.gda.pl/chem/Katedry /Mikrobiologia/antybio-tyki.htm]. Opornoæ bakterii na antybiotyki jest ju¿ powa¿nym problemem we wszystkich krajach, osi¹-gaj¹c coraz czêciej stan alarmuj¹cy. Za wysokim tem-pem powstawania i kumulowania mutacji bakterii nie nad¹¿a pojawianie siê nowych, o wiêkszej skuteczno-ci klas antybiotyków.
Aktualnie realizowane strategie zwi¹zane z przezwy-ciê¿aniem opornoci na antybiotyki opieraj¹ siê na wykorzystaniu bia³ek lub peptydów produkowanych przez owady, p³azy, ssaki czy bakterie, wykazuj¹cych w³aciwoci bakteriobójcze lub bakteriostatyczne. Wiele peptydów wykazuje ponadto w³aciwoci cyto-toksyczne w stosunku do mykobakterii i grzybów, a tak¿e niszcz¹ce dzia³anie w stosunku do wirusów; wiêkszoæ z nich charakteryzuje siê ma³¹ cytotoksycz-noci¹ w stosunku do komórek ssaków. Selektywne przeciwdrobnoustrojowe dzia³anie peptydów wynika z ró¿nic w budowie b³on komórkowych Eukariota i Prokariota. Zewnêtrzna b³ona Eukariota jest elek-trycznie obojêtna dziêki obecnoci fosfolipidów (m.in. fosfatydylocholina i sfingomielina), podczas gdy
mem-Defensyny alternatywa dla antybiotyków?*
)
EMILIA BAGNICKA, ARTUR JÓWIK, NINA STRZA£KOWSKA, JÓZEF KRZY¯EWSKI, LECH ZWIERZCHOWSKI
Instytut Genetyki i Hodowli Zwierz¹t PAN, Jastrzêbiec, ul. Postêpu 1, 05-552 Wólka Kosowska
Bagnicka E., Jówik A., Strza³kowska N., Krzy¿ewski J., Zwierzchowski L.
Defensins: an alternative for antibiotics?
Summary
The overuse of antibiotics for more than 50 years has led to the resistance of bacteria to most of them. The problem is not only the accumulation of mutations in bacterial genome over time, but also the absence of new classes of antibiotics in recent years. The current strategy to overcome the resistance of bacteria to antibiotics is, among others, using antimicrobial proteins and peptides that are produced by insects, amphibians, mamma-lians, or bacteria. One of the most interesting and promising group of peptides to use in the future in human and animal therapy are cationic peptides with â-sheet structures which are stabilised by cystein, called defensins. They are wide spread in the organisms of animals and plants. The mammalian defensins can be divided into three main classes: á-, â-, and è-defensin. The biggest is the class of â-defensins. They were discovered at the beginning of nineties of the last century. They demonstrate a broad-spectrum of cytotoxic activity and activity against bacteria and viruses. Their expression was found in many tissues of humans and animals. At present four human epithelial â-defensins, sixteen bovine, two ovine, two caprine, one porcine, four chicken, and four turkey â-defensins are known. Initially, only antibacterial, antiviral, and antifungal activities were attributed to these peptides. Nowadays, these peptides are known as multifunctional molecules. The type of their biological activity often depends on their concentration. Some of them are potential candidates for clinical applications and therefore the recognition of every aspect of their biological activity can be very important.
Keywords: antimicrobial peptides, â-defensins
*) Praca powsta³a w ramach grantu finansowanego przez Ministerstwo
brany bakterii maj¹ ujemny ³adunek tydyloglicerolu i kardiolipiny (difosfatydyloglicerol). Ró¿nicê stano-wi równie¿ brak cholesterolu w b³onach komórkowych bakterii (15).
Niektóre peptydy produkowane przez bakterie, grzy-by i promieniowce, niesyntetyzowane w rybosomach (bacytracyna, gramicydyna S czy polimyksyna B) wy-korzystywane s¹ w terapii ju¿ od dawna. Peptydy syn-tetyzowane w rybosomach produkowane s¹ przez wszystkie organizmy ¿ywe (w³¹czaj¹c bakterie) jako g³ówny komponent ich naturalnej odpornoci, która zapewnia organizmom pierwsz¹ liniê obrony przed patogenami. Arsena³ odpornoci wrodzonej stanowi¹ komórki fagocytarne, takie jak neutrofile i makrofagi oraz komórki nab³onka. Oba rodzaje komórek produ-kuj¹ peptydy zapobiegaj¹ce rozwojowi bakterii. W przeciwieñstwie do odpornoci adaptacyjnej, od-pornoæ wrodzona jest mechanizmem zawsze wystê-puj¹cym w organizmach zwierz¹t i cz³owieka. Jest ona odpowiedzi¹ niespecyficzn¹, nieklonal¹ i natychmias-tow¹; komponenty odpornoci wrodzonej s¹ produko-wane w odpowiedzi na wtargniêcie patogenów do or-ganizmu (14).
Dotychczas opisano oko³o tysi¹ca peptydów, wyka-zuj¹cych aktywnoæ przeciw ró¿nym drobnoustrojom i bior¹cych udzia³ w odpornoci wrodzonej organiz-mów wielokomórkowych, zwierzêcych i rolinnych (5, 15). Peptydy te grupowane s¹ wed³ug rodzaju ³a-dunku elektrycznego, homologii sekwencji, podobieñ-stwa funkcjonowania i trzeciorzêdowej struktury (16). G³ówn¹ klas¹ peptydów s¹ peptydy kationowe. Z punk-tu widzenia potencjalnych mo¿liwoci zastosowania w terapii ludzi i zwierz¹t, najbardziej interesuj¹ce s¹ peptydy kationowe, stabilizowane cystein¹, posiada-j¹ce strukturê b-harmonijki (5). S¹ one specyficzne ga-tunkowo (ró¿ni¹ siê znacznie sk³adem i struktur¹) i s¹ szeroko rozpowszechnione w organizmach ludzi oraz zwierz¹t, tak¿e domowych (16). Peptydy te, o wiel-koci od 16 do 40 reszt aminokwasowych, z du¿¹ licz-b¹ reszt argininowych, maj¹ dwa lub wiêcej mostki disiarczkowe (5). Grupa ta obejmuje defensyny a, b i q (5, 24) oraz protegryny (5). Protegryny s¹ ma³ymi peptydami, posiadaj¹cymi strukturê szpilki do w³o-sów, stabilizowan¹ dwoma mostkami siarczkowymi. Wykazuj¹ one szerokie spektrum dzia³ania przeciw-drobnoustrojowego, m.in. przeciw bakteriom Gram--ujemnym, Gram-dodatnim i grzybom (16). S¹ one równie¿ aktywne w stosunku do niektórych otoczko-wych wirusów (8).
Pierwsze peptydy ze struktur¹ b-harmonijki wyizo-lowa³ Lehrer w 1980 roku z króliczych makrofagów. Nieco póniej peptydy te, nazwane a-defensynami, zosta³y wykryte równie¿ w króliczych granulocytach, a nastêpnie w fagocytach innych ssaków, w tym tak¿e u ludzi. Na pocz¹tku lat dziewiêædziesi¹tych ubieg³e-go wieku odkryto b-defensyny (17). Ostatni¹ znale-zion¹ grup¹ aktywnych peptydów s¹ q-defensyny. Pierwsze koliste defensyny wyizolowano z rolin (17).
Obecnoæ pierwszej zwierzêcej kolistej minidefensy-ny (RTD1) w leukocytach rezusa opisa³ zespó³ Selste-da w 1999 (23). Cykliczna struktura minidefensyny RTD-1 determinuje jej skutecznoæ dzia³ania przeciw drobnoustrojom i odpornoæ na hamuj¹ce dzia³anie soli fizjologicznej. Ta niewra¿liwoæ na fizjologiczne stê-¿enie soli mo¿e mieæ du¿y wp³yw na przeciwdrobno-ustrojowe funkcje w rodowisku wewn¹trzkomórko-wym (26).
Defensyny tworz¹ podstawowy system ochrony or-ganizmu. a-defensyny, zwane równie¿ defensynami klasycznymi, zidentyfikowano u ludzi oraz u wielu gatunków ma³ych ssaków, takich jak: króliki, winki morskie, szczury czy myszy. Natomiast b-defensyny dotychczas odkryto u ludzi, u du¿ych ssaków (byd³o, owce, kozy, winie) oraz u drobiu (5). Najwiêksz¹ ro-dzinê aktywnych peptydów przeciwdrobnoustrojo-wych stanowi¹ b-defensyny. Geny tych peptydów zlo-kalizowano u ró¿nych ssaków na ekwiwalentnych chromosomach, tj. u byd³a na chromosomie 27, u cz³o-wieka na 8p, z którym 27 chromosom bydlêcy ma wiele fragmentów homologicznych (18), za u owiec na 26, podobnym do 27 chromosomu byd³a (13). Gen b-defensyny wiñ zlokalizowano na chromoso-mie 15, który jest ekwiwalentny do ludzkiego chro-mosomu 8 (28).
Pierwsz¹ b-defensyn¹ znalezion¹ u ssaków by³ pep-tyd TAP (tracheal antimicrobial peptide) wyizolowa-ny przez Diamonda w 1991 r. z bydlêcej tkanki na-b³onkowej tchawicy (6). Najwiêksz¹ ekspresjê TAP wykazano w b³onie luzowej tchawicy, natomiast nie stwierdzono jej obecnoci w jajowodach, jelicie cien-kim i zarodkach u krów w dwu ró¿nych stadiach roz-woju: 4. i 6. miesi¹cu ci¹¿y. W badaniach in vitro pep-tyd ten wykaza³ w³aciwoci bakteriobójcze w stosun-ku do bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych oraz siln¹ aktywnoæ przeciwko dro¿d¿om Candidia albi-cans.
Pierwsze b-defensyny u ludzi odkryte zosta³y 1995 r. (HBD-1) oraz 1997 r. (HBD-2). Obecnie znane s¹ czte-ry ludzkie b-defensyny nab³onkowe (26). Ekspresja HBD-1 zosta³a stwierdzona w hodowlach ludzkich komórek nab³onkowych, wyprowadzonych z tchawi-cy, oskrzeli, dróg oddechowych, gruczo³u sutkowego, przyusznicy, b³ony luzowej policzków, jêzyka i dzi¹-se³. Ponadto stwierdzono jej ekspresjê w jelicie cien-kim, trzustce, nerkach, prostacie, j¹drach, pochwie, macicy, jajowodach, ³o¿ysku i grasicy. Stwierdzona zosta³a równie¿ silna ekspresja tej defensyny w na-b³onku gruczo³u sutkowego kobiet (27). Dzia³anie jej skierowane jest przeciwko bakteriom Gram-ujemnym (21). HBD-2 wyizolowana zosta³a pierwotnie ze skó-ry z ³uszczycowymi zmianami chorobowymi. Nastêp-nie jej ekspresjê stwierdzono rówNastêp-nie¿ w keratynocy-tach, b³onie luzowej dzi¹se³ i nab³onku tchawicy oraz w zainfekowanym nab³onku p³uc u pacjentów z mu-kowiscydoz¹ (19). Podczas gdy defensyna HBD-1 jest produkowana konstytutywnie, poziom HBD-2
wzra-sta przy wzra-stanach zapalnych (21). Jej dzia³anie jest skie-rowane przede wszystkim przeciwko bakteriom Gram--ujemnym oraz dro¿d¿akom (11). Siln¹ ekspresjê HBD-3, indukowan¹ przez cytokiny, stwierdzono w keratynocytach i migda³kach, natomiast s³ab¹ w nab³onku dróg oddechowych, przewodzie pokarmo-wym i drogach moczowo-p³ciowych (9, 11). Garcia i wsp. (9) stwierdzili ponadto jej ekspresjê w leukocy-tach, miêniu sercowym i miêniach szkieletowych. Podobnie jak w przypadku dwóch wy¿ej wymienio-nych ludzkich defensyn, dzia³anie HBD-3 jest skiero-wane przeciwko bakteriom Gram-ujemnym i dro¿d¿a-kom Candidia albicans. Ponadto defensyna ta nisz-czy bakterie Gram-dodatnie (np. Streptococcus pyoge-nes lub S. aureus), ³¹cznie z wieloopornymi szczepa-mi S. aureus, jak równie¿ oporn¹ na wankomycynê Enterococcus faecium (9, 11).
Gen ludzkiej b-defensyny-4 (HBD-4) koduje 72 aminokwasowy prepropeptyd (21). Defensyna ta jest tylko w 20-25% identyczna z HBD-1, HBD-2 lub HBD-3 (17). Najwy¿sz¹ ekspresjê tej defensyny stwier-dzono w j¹drach i zatoce ¿o³¹dka, ni¿sz¹ za, konsty-tutywn¹ ekspresjê w neutrofilach oraz nab³onku tar-czycy, p³ucach, macicy i nerkach (17, 21).
W 1993 r. Selsted i wsp. (23) przedstawili charakte-rystykê trzynastu strukturalnie homologicznych pep-tydów, nale¿¹cych do grupy b-defensyn, wyizolowa-nych z bogatych w granule cytoplazmatyczwyizolowa-nych frak-cji neutrofili krwi bydlêcej. Antybakteryjn¹ aktywnoæ tych kationowych peptydów wykazano w warunkach in vitro. Sporód tych 13 peptydów najlepiej poznane s¹ b-defensyny 4 i 5 (BNBD-4 i BNBD-5). Wykazano siln¹, konstytutywn¹ ekspresjê wymienionych defen-syn w alweolarnych makrofagach byd³a. Niewielk¹ ekspresjê BNBD-4 oraz dwu innych z grupy trzynastu defensyn, tj. BNBD-3 i BNBD-9 wykryto w koñco-wej czêci jelita cienkiego, a ekspresjê BNBD-3 i BNBD-9 w szpiku kostnym (25). Badania przepro-wadzone w IGHZ PAN w Jastrzêbcu wskazuj¹ na eks-presjê genu BNBD-4 równie¿ w komórkach somatycz-nych mleka (4).
Kolejn¹ bydlêc¹ defensynê LAP (lingual antimicro-bial peptide jêzykowy peptyd przeciwdrobnoustro-jowy) zidentyfikowano w komórkach nab³onkowych jêzyka i tchawicy (22). Nisk¹ ekspresjê tego genu stwierdzili w koñcowej czêci jelita cienkiego Tarver i wsp. (25). Wyniki badañ Schonewettera i wsp. (22) wskazuj¹, ¿e ekspresja tego peptydu w nab³onku jêzy-ka jest indukowana przede wszystkim w miejscach zranienia. Wysoki poziom ekspresji genu LAP stwier-dzono w podniebieniu, prze³yku, ¿o³¹dku, okrê¿nicy, odbytnicy, nozdrzach, tchawicy, spojówkach i skórze. O ekspresji tego genu w nab³onku walcowatym krypt jelitowych, oponach i splocie naczyniówkowym móz-gu, ³o¿ysku, a ponadto w korze mózgowej i mó¿d¿ko-wych komórkach Purkinjego wiadczy równie¿ obec-noæ matrycowego RNA (mRNA). Wy¿sz¹ ekspresjê LAP w tkankach jelita biodrowego wykazano u krów
zaka¿onych Mycobacterium paratuberculosis w po-równaniu z poziomem ekspresji u zdrowych zwierz¹t. Podobn¹ ró¿nicê w ekspresji genu LAP stwierdzono w nab³onku oskrzeli ciel¹t zaka¿onych Pasteurella haemolytica w porównaniu ze zdrowymi. Równie¿ tkanki krów z BLAD (bovine leukocyte adhesion de-ficiency), inokulowane P. haemolytica, wykazywa-³y wzrost ekspresji genu LAP w nab³onku oskrzeli i gruczole podluzówkowym, w porównaniu ze zdro-wymi tkankami (24). Siln¹ ekspresjê tego genu wyka-zano równie¿ w zaka¿onej tkance gruczo³owej wymie-nia krów oraz w komórkach somatycznych mleka (4). Z bydlêcych alweolarnych makrofagów oraz jelita grubego wyizolowano b-defensynê enteric (produkt genu EBD1). Wysoki poziom ekspresji tej defensyny w koñcowej czêci jelita cienkiego i okrê¿nicy wyka-zali Tarver i wsp. (25). Ponadto zaka¿enie ciel¹t pier-wotniakami Cryptosporidium parvum spowodowa³o 5- i 10-krotny wzrost iloci matrycowego RNA defen-syny EBD w tkankach jelit w stosunku do ekspresji u zwierz¹t kontrolnych. W badaniach w³asnych wy-kazano ekspresjê b-defensyny enteric w komórkach so-matycznych mleka, zarówno krów zdrowych, jak i z klinicznymi objawami mastitis (4).
U owiec zidentyfikowano dwie b-defensyny nazwa-ne: SBD-1 i SBD-2 (12, 13). Podobieñstwo sekwencji nukleotydowych ich genów wynosi 87%, natomiast podobieñstwo sekwencji reszt aminokwasowych 78%. Zró¿nicowasny poziom ekspresji obu defensyn owczych stwierdzono w tkankach nab³onkowych. U jednych zwierz¹t najsilniejsz¹ ekspresjê defensyn stwierdzono w przed¿o³¹dkach, natomiast u innych w jelicie cienkim lub grubym. W ¿yciu poza p³odo-wym najsilniejsza ekspresja w przypadku ¿wacza wy-st¹pi³a w 6.-8. tygodniu ¿ycia. Badania prowadzone podczas ci¹¿y wykaza³y istotne ró¿nice w poziomie ekspresji pomiêdzy zwierzêtami, jak i pomiêdzy ró¿-nymi okresami ci¹¿y, z tendencj¹ jednak do najwy¿-szej ekspresji w trzecim trymestrze ci¹¿y. Przy anali-zowaniu ekspresji w poszczególnych tkankach naj-silniejsz¹ ekspresjê defensyny SBD-1 wykazano w tkance nab³onkowej jêzyka i jelita grubego, a na-stêpnie tchawicy, za nieco ni¿sz¹ w tkance nab³onko-wej ¿wacza, czepca i ksi¹g. W jelicie cienkim nie stwierdzono jej ekspresji. Transkrypty genu SBD-2 wykryto jedynie w jelicie cienkim i grubym. Ekspresji obu defensyn nie stwierdzono w podniebieniu, ledzio-nie, sercu i w¹trobie (12).
U kóz wyizolowano dotychczas jedynie dwie b-de-fensyny GBD-1 i GBD-2. Ich prekursory prepro-GBD-1 i preproGBD-2 s¹ w 88,2% identyczne pod wzglêdem sk³adu aminokwasowego (ró¿nica 8 ami-nokwasów), natomiast sekwencja nukleotydowa ko-duj¹cych je genów jest identyczna w 96,8%. Ekspre-sjê defensyny GBD-1 stwierdzono w jêzyku, tchawi-cy, oskrzelach i p³ucach, podczas gdy GBD-2 w prze-wodzie pokarmowym, m.in. w ¿o³¹dku, jelicie czczym, cienkim i grubym oraz odbytnicy (30). Anbu i wsp.
(1) wykazali ich antybakteryjn¹ aktywnoæ przeciwko bakteriom Gram-dodatnim (m.in. Streptococcus au-reus), jak i Gram-ujemnym (m.in. Escherichia coli). W badaniach w³asnych najwiêksz¹ ekspresjê kozich b-defensyn stwierdzono w tchawicy, nieco mniejsz¹ w jêzyku, wymieniu i nerkach, a ca³kiem ma³¹ w rdzeniu krêgowym (3). Zró¿nicowany poziom eks-presji b-defensyn wykazano równie¿ w komórkach mleka koziego (3, 4).
U wiñ pocz¹tkowo wyizolowano z nab³onka jêzy-ka jedn¹ b-defensynê PBD-1. Defensyna ta wyjêzy-kazu- wykazu-je aktywnoæ przeciwko Escherichia coli, Salmonella typhimurin, Listeria monocytogenes i Candidia albi-cans. Istnieje prawdopodobieñstwo, ¿e stanowi ona barierê przeciw drobnoustrojom w tkance nab³onko-wej jamy gêbonab³onko-wej wiñ. W procesach zapalnych i in-fekcji tkanki nab³onkowej jêzyka, tchawicy i jelita cien-kiego wykazano konstytutywn¹ ekspresjê tej defensy-ny (28). Sang i wsp. (20) wykazali ekspresjê jeszcze jedenastu b-defensyn w ró¿nych tkankach u wiñ: w w¹trobie, jelicie cienkim, p³ucach i szpiku kostnym, tkance limfatycznej, j¹drach, naj¹drzu, ledzionie, gra-sicy i skórze.
U ptaków znaleziono dotychczas tylko peptydy z rodziny b-defensyn. Do nich nale¿¹ cztery b-defen-syny wystêpuj¹ce u kurcz¹t (GAL 1/CHP1, GAL1 a/CHP2, GAL2 i GAL3) oraz cztery u indyków (THP1, THP2, THP3 i GPV-1). Defensynê GAL 3 (Gallina-cynê-3) wyizolowano z nab³onka kurcz¹t (Gallus gal-lus). U zdrowych ptaków ekspresjê peptydu stwierdzo-no w jêzyku, torbie Fabrycjusza i tchawicy, jak rów-nie¿ w skórze, prze³yku, workach powietrznych, jeli-cie grubym i nerkach. Ekspresja GAL3 w tchawicy istotnie wzrasta³a w przypadku infekcji Haemophilus paragallinarun, natomiast w jêzyku, torebce Fabry-cjusza i prze³yku pozostawa³a bez zmian (29). Pepty-dy znalezione u kurcz¹t: CHP 1 i 2, oraz u inPepty-dyków THP1 wykazuj¹ antybakteryjn¹ aktywnoæ przeciwko Staphylococcus aureus oraz Escherichia coli, nato-miast THP2 i THP3 jedynie przeciwko S. aureus. Wymienione peptydy wykazuj¹ równie¿ dzia³anie grzy-bobójcze. Nie wykaza³y natomiast aktywnoci prze-ciwko wirusowi zakanego zapalenia oskrzeli (7).
Sposób dzia³ania wiêkszoci peptydów antybakte-ryjnych polega na zwiêkszeniu przepuszczalnoci b³on komórkowych. Stwierdzono podobieñstwo miêdzy dzia³aniem antybiotyków oraz antybakteryjnych pep-tydów, takich jak: defensyny, magainy, cekropiny, bak-teneciny oraz dermaseptyny. Pierwszym stadium dzia-³ania jest elektrostatyczna interakcja miêdzy kationo-wym peptydem i ujemnie na³adowan¹ b³on¹ komór-kow¹ patogenów. St¹d te¿ wzrost dodatniego ³adunku peptydów zwiêksza ich antybakteryjn¹ czy antywiru-sow¹ aktywnoæ. W niektórych przypadkach jednak mniejsza kationowoæ peptydu nie powoduje zmian jego aktywnoci; tak jest w przypadku defensyny szczurzej z brakuj¹c¹ jedn¹ reszt¹ argininow¹. Znane s¹ równie¿ przypadki, gdy zwiêkszenie dodatniego
³a-dunku peptydu powoduje obni¿enie jego aktywnoci, jak to ma miejsce w przypadku wysoko kationowego analogu magainy. Na aktywnoæ peptydów wp³ywa równie¿ budowa b³ony komórkowej patogenu, np.: sk³ad fosfolipidów, zawartoæ steroli, potencja³ b³ony, czy obecnoæ polianionów (2).
Pocz¹tkowo uwa¿ano, ¿e g³ówna rola omawianych peptydów polega na niszcz¹cym dzia³aniu bakterii, wirusów czy grzybów. Obecnie wiadomo, ¿e wiêkszoæ tych substancji pe³ni tak¿e inne funkcje. Kamysz i wsp. (15) wymienia miêdzy innymi: hamowanie syntezy bia³ek b³on komórkowych, hamowanie syntezy DNA, aktywnoæ przeciwnowotworow¹, stymulacjê proli-feracji komórek, interferencjê ze szlakami wewn¹trz-komórkowego przekazywania sygna³ów (signalling pathways), chemotaksjê komórek odpornociowych, stymulacjê ekspresji cytokin oraz cz¹steczek adhezyj-nych, wp³yw na angiogenezê i na transport chlorków. Czêsto rodzaj funkcji poszczególnych defensyn zale-¿y od ich koncentracji. W niskich stê¿eniach niektóre defensyny stymuluj¹ ekspresjê cz¹steczek adhezyjnych lub produkcjê cytokin. W miarê zwiêkszania siê ich stê¿enia peptydy te dzia³aj¹ jak czynnik chemotaktycz-ny dla komórek odpornociowych i staj¹ siê inhibito-rami bia³kowej kinazy C. W wysokim stê¿eniu sty-muluj¹ wzrost keratynocytów, lizê drobnoustrojów i komórek nowotworowych.
Poza aktywnoci¹ skierowan¹ przeciw drobnoustro-jom, silna ekspresja niektórych peptydów z grupy de-fensyn podczas chronicznych b¹d ostrych stanów zapalnych mo¿e byæ u¿yta do diagnozy i lokalizacji miejsc infekcji, a farmakologiczna regulacja ich eks-presji mo¿e byæ u¿yteczna w zapobieganiu i procesie leczenia choroby (24). Istnieje prawdopodobieñstwo, ¿e defensyny mog¹ stymulowaæ równie¿ póniejsze reakcje zwi¹zane z odpowiedzi¹ immunologiczn¹ (16). Przeciwdrobnoustrojowe peptydy, uczestnicz¹ce we wrodzonej odpornoci organizmów s¹ antybiotykami nowej generacji, które mog³yby byæ prawdopodobnie u¿yte zarówno w profilaktyce, jak i w terapii (15). Wytwarzanie syntetycznych peptydów jest obiecuj¹c¹ strategi¹ do uzyskania nowej generacji leków o spe-cyficznym dzia³aniu, które mog³yby mieæ zastosowa-nie zarówno w profilaktyce, jak i w terapii zastosowa-niektórych chorób. Wród wielu zalet tej grupy peptydów na szczególn¹ uwagê zas³uguje szerokie spektrum ich aktywnoci, natychmiastowe bójcze dzia³anie, ak-tywnoæ fagocytarna, potencjalnie niski poziom wzbu-dzenia ewentualnej opornoci mikroorganizmów oraz wspó³istnienie szerokiej aktywnoci przeciwzapalnej. Do stron ujemnych mo¿na zaliczyæ wysokie koszty badañ naukowych d¹¿¹cych do zsyntetyzowania pep-tydów i opracowania sposobów ich os³ony przy poda-waniu drog¹ pokarmow¹ lub pozajelitow¹, ewentual-na toksycznoæ ogólewentual-na lub miejscowa, os³abienie ak-tywnoci peptydów przy zwiêkszonym stê¿eniu soli, wra¿liwoæ na pH, podatnoæ na proteolizê, wywo³y-wanie ewentualnych uczuleñ po ponownym podaniu,
naturaln¹ opornoæ niektórych szczepów bakterii, za-k³ócenie funkcji biologicznych pacjenta (np. angioge-neza) i wreszcie wysoki koszt produkcji (10).
Prawdopodobieñstwo ich wykorzystania w terapii ludzi czy zwierz¹t zwiêksza fakt, i¿ opornoæ bakterii na dzia³anie defensyn i innych aktywnych peptydów jest zjawiskiem rzadkim. W zwi¹zku z tym poznanie ka¿dego aspektu dotycz¹cego biologicznej aktywno-ci defensyn mo¿e przyczyniæ siê w przysz³oaktywno-ci do roz-wi¹zania wielu istotnych problemów zwi¹zanych z leczeniem wielu chorób u ludzi i zwierz¹t.
Pimiennictwo
1.Anbu K. A., More T., Kumar A.: Isolation and characterisation of cationic antibacterial proteins and peptides from goat tongue epithelium. Indian J. Anim. Sci. 2003, 73, 1307-1311.
2.Andreu D., Rivas L.: Animal antimicrobial peptides: An overview. Biopoly-mers (Peptide Sciences) 1998, 47, 415-433.
3.Bagnicka E., Flisikowski K., Strza³kowska N., Krzy¿ewski J., Prusak B., Sakowski T., Zwierzchowski L.: Expression level of goat beta-defensin genes in different goat tissues and in somatic cells of goat milk preliminary study. XI Baltic Animal Breding and Genetics Conference, May 2005, Palanga, Lithuania 2005, 144-146.
4.Bagnicka E., Szreder T., Strza³kowska N., Krzy¿ewski J., Zwierzchowski L.: Ekspresja defensyn w komórkach mleka kóz i krów w powi¹zaniu ze stanem zdrowia wymienia. Sympozjum Sprawozdawcze: Molekularne i fizjologicz-ne aspekty rozrodu i ¿ywienia zwierz¹t, Jab³onna 2-3.03.2006, 2.
5.Brogden K. A., Ackermann M., McCray Jr. P. B., Tack B. F.: Antimicrobial peptides in animals and their role in host defence. Int. J. Antimicrob. Agents. 2003, 22, 465-478.
6.Diamond G., Zasloff M., Eck H., Brasseur M., Maloy W. L., Bevins C. J.: Tracheal antimicrobial peptide, a novel cysteine-rich peptide from mamma-lian tracheal mucosa: Peptide isolation and cloning of a cDNA. Proc. Natl Acad. Sci. USA 1991, 88, 3952-3956.
7.Evans E. W., Beach F. G., Moore K. M., Jackwood M. W., Glisson J. R., Harmon B. G.: Antimicrobial activity of chicken and turkey heterophil pep-tides CHP1, CHP2, THP1, and THP3. Vet. Microbiol. 1995, 47, 295-303. 8.Ganz T.: Defensins: antimicrobial peptides of vertebrates. C. R. Biol. 2004,
327, 539-549.
9.Garcia J. R., Jaumann F., Schulz S., Krause A., Rodriguez-Jimenez J., Forss-mann U., AderForss-mann K., Kluever E., Vogelmeier C., Becker D., Hedrich R., Forssmann W.-G., Bals R.: Identification of a novel, multifunctional b-de-fensin (hBD-3) with specific antimicrobial activity: its interaction with plasma membranes of Xenopus oocytes and the induction of macrophage chemoattraction. Cell Tissue Res. 2001, 306, 257-264.
10.Gordon Y. J., Romanowski R. G., McDermott A. M.: A review of antimicro-bial peptides and their therapeutic potential as anti-infective drugs. Curr. Eye Res. 2005, 30, 505-515.
11.Harder J., Bartels J., Christophers E., Schroeder J. M.: Isolation and characterisation of human b-defensin-3, a novel human inducible peptide antibiotic. J. Biol. Chem. 2001, 276, 5707-5713.
12.Huttner K. M., Bresinski-Caliguri D. J., Mahoney M. M., Diamond G.: Antimicrobial peptide expression is developmentally regulated in the ovine gastrointenstinal tract. J. Nutr. 1998a, 128, 297S-299S.
13.Huttner K. M., Lambeth M. R., Burkin H. R., Burkin D. J., Broad T. E.: Localization and genomic organization of sheep antimicrobial peptide genes. Gene 1998b, 206, 85-91.
14.Kaiser V., Diamond G.: Expression of mammalian defensin genes. J. Leu-koc. Biol. 2000, 68, 779-784.
15.Kamysz W., Okrój M., £ukasiak J.: Novel properties of antimicrobial pepti-des. Review. Acta Biochim. Pol. 2003, 50, 461-469.
16.Lehrer R. I., Ganz T.: Antimicrobial peptides in mammalian and insect host defence. Cur. Opin. Immunol. 1999, vol. 11, 23-27.
17.Lehrer R. I., Ganz T.: Defensins of vertebrate animals. Cur. Opin. Immunol. 2002a, 14, 96-102.
18.Liu L., Zhao C., Heng H. Q., Ganz T.: The human b-defensin-1 and a-defen-sin are encoded by adjacent genes: two peptide families with differing di-sulfide topology share a common ancestry. Genomics 1997, 43, 316-320. 19.Mathews M., Jia H. P., Githmiller J. M., Losh G., Graham S., Johnson G. K.,
Tack B. F., McCray P. B. Jr.: Production of b-defensin antimicrobial peptides by the oral mucosa and salivary glands. Infect. Immun. 1999, 67, 2740-2745.
20.Sang Y., Patil A. A., Zhang G., Ross C. R., Blecha F.: Bioinformatic and expression analysis of novel porcine beta-defensin. Mamm. Genome 2006, 17, 332-339.
21.Schneider J. J., Unholzer A., Schaller M., Schaefer-Kortig M., Kortig H. C.: Human defensins. J. Mol. Med. 2005, 83, 587-595.
22.Schonewetter B. S., Stolzenberg E. D., Zasloff M. A.: Epithelial antibiotics induced at sites of inflammation. Scien. 1995, 267, 1645-1648.
23.Selsted M. E., Tang Y. Q., Morris W. L., McGuire P. A., Novotny M. J., Smith W., Henschen A. H., Cullor J. S.: Purification, promary structures, and antibacterial activities of b-defensins, a new family of antimicrobial peptides from bovine neutrophils. J. Biol. Chem. 1993, 268, 6641-6648.
24.Stolzenberg E. D., Anderson G. M., Ackermann M. R., Whitlock R. H., Zasloff M.: Epithelial antibiotic induced in states of disease. Proc. Natl Acad. Sci. USA 1997, 94, 8686-8690.
25.Tarver A. P., Clark D. P., Diamond G., Russell J. P., Erdjument-Bromage H., Tempst P., Cohen K. S., Jones D. E., Sweeney R. W., Wines M., Hwang S., Bevins C. L: Enteric b-defensin: Molecular cloning and characterisation of a gene with inducible intenstinal epithelial cell expression associated with Cryptosporidium parvum infection. Infect. Immun. 1998, 66, 1045-1056. 26.Tran D., Tran P. A., Tang Y.-Q., Yuan J., Cole T., Selsted M. E.: Homodimeric
q-defensyns from Rhesus macaque leucocytes. J. Biol. Chem. 2002, 277, 3079-3084.
27.Tunzi C. R., Harper P. A., Bar-Oz B., Valore E. V., Semple J. L., Watson--MacDonell J., Ganz, Ito S.: Beta-defensin expression in human mammary gland epithelia. Pediatr. Res. 2000, 48, 30-35.
28.Zhang G., Hiraiwa H., Yasue H., Wu H., Ross C. R., Troyer D., Blecha F.: Cloning and characterisation of the gene for a new epithelial b-defensin. J. Biochem. Chem. 1999, 274, 24031-24037.
29.Zhao C., Nguyen T., Liu L., Sacco R. E., Brodgen K. A., Lehrer R. I.: Gallina-cin-3, an inducible epithelial b-defensin in the chicken. Infect. Immun. 2001, 69, 2684-2691.
30.Zhao C., Nguyen T., Liu L., Shamova O., Brodgen K., Lehrer R. I.: Differen-tial expression of Caprine b-defensin in digestive and respiratory tissues. Infect. Immun. 1999, 67, 6221-6224.
Adres autora: dr Emilia Bagnicka, ul. Postêpu 1, 05-552 Wólka Kosowska; e-mail: E.Bagnicka@ighz.pl
