Areniciny – antibakteriální peptidy mořského červa Arenicola marina

Jiří Patočka

     Malé peptidy s antibakteriálním účinkem jsou účinným nástrojem řady bezobratlých živočichů před patogenními mikroorganismy. Dnes jsou předmětem velkého zájmu chemiků a biologů, kteří v nich vidí potenciální možnosti pro využití v medicíně. Nedávno byly antibakteriálně účinné peptidy izolovány také z mořského mnohoštětinatého červa Arenicola marina (pískovník rybářský).
     Arenicola marina je dobře známý pískovník, velmi ceněný jako návnada rybáři. Žije v přílivové zóně v písku či v blátivém písku, v charakteristických norách tvaru U. Je velmi hojný. Má pevné, válečkovité tělo. Hlava je malá, bez přívěsků. Hrudní část těla sestává z 19 parapodií, z nichž vyrůstají štětinky. Posledních 13 článků nese keříčkovité žábry.

     Z imunitních buněk (coelomocytů) (1) tohoto červa byly izolovány dva peptidy o 21 aminokyselinách, nazvané areniciny (Ovchinnikova et al, 2004).  V obou arenicinech (AR-1 a AR-2) je jeden disulfidický můstek mezi Cys3 a Cys20 (Lee et al. 2007). Oba peptidy byly připraveny syntézou na pevné fázi a také rekombinantní metodou za pomocí E. coli (Ovchinnikova et al, 2007).

Struktura 21-aminokyselinových peptidů arenicinu-1 a arenicinu-2. Pro popis aminokyselin je použito jednopísmenových zkratek.

Oba areniciny jsou silně hydrofobní molekuly. Vykazují antibakteriální aktivitu u gram-positivních i gram-negativních bakterií a také plísní (Park a Lee 2009). Pro biologický účinek arenicinů je velmi významná existence disulfidického můstku (Andrä et al. 2008). Synteticky připravené redukované formy obou těchto peptidů s lineární strukturou (AR-1-S a AR-2-S) jsou totiž biologicky mnohem méně účinné (Lee et al. 2007). Pro antibakteriální účinek arenicinů je důležité uspořádání peptidového řetězce do tzv, beta-vlásenky (beta-hairpin), jejíž přítomnost je charakteristická pro terciární strukturu těchto peptidů (Ovchinnikova et al, 2008). Areniciny jsou peptidy, které byly zařazeny do seznamu nejvýznamnějších farmakologicky účinných látek mořského původu, od nichž je očekáváno, že mohou najít reálné uplatnění v humánní medicíně (Mayer et al. 2007).
     Pískovník lékařský je pro medicínu zajímavý i jinak. Jeho tělní tekutina obsahuje hemoglobin, který je velmi podobný lidskému. Není však součástí krvinek, ale proudí volně v krvi. Co je však pro medicínu zajímavé je to, tento červí hemoglobin nevyvolává imunitní reakci hostitele. Jeho výhodou je také snadná dostupnost a údajně jednoduchá isolace z pískovníků, které je možno chovat v umělých podmínkách. Možnost využití hemoglobinu pískovníků jako náhražku za erythrocytární masu již byla patentována. Vzhledem k tomu, že moderní společnost se stále více potýká s nedostatkem vhodných dárců krve, jeví se možnost náhrady lidské krve červím hemoglobinem jako velice zajímavá. Pískovník, mořský červ, který sloužil až donedávna jen jako návnada pro rybáře, mohl by se stát ideálním univerzálním dárcem krve (Rouselot et al. 2006).

(1)  Imunita červů je zprostředkovávána buňkami, které se nacházejí v tělní dutině těchto červů, a nazývají se coelomocyty. V tekutině tělní dutiny kroužkovitých červů se pak vyskytují látky, které jsou schopny lýzovat bakterie. Tyto jsou vylučovány zeleně zbarvenými buňkami (cloragocyty) a spolu s coelomocyty vytvářejí jednoduchý ale účinný imunitní systém těchto tvorů.

Literatura
Andrä J, Jakovkin I, Grötzinger J, Hecht O, Krasnosdembskaya AD, Goldmann T, Gutsmann T, Leippe M. Structure and mode of action of the antimicrobial peptide arenicin. Biochem J. 2008; 410: 113-122.
Lee JU, Kang DI, Zhu WL, Shin SY, Hahm KS, Kim Y. Solution structures and biological functions of the antimicrobial peptide, arenicin-1, and its linear derivative. Biopolymers. 2007; 88: 208-216.
Mayer AMS, Rodríguez AD, Berlinck RGS, Hamann MT. Marine pharmacology in 2003–4: Marine compounds with anthelmintic antibacterial, anticoagulant, antifungal, anti-inflammatory, antimalarial, antiplatelet, antiprotozoal, antituberculosis, and antiviral activities; affecting the cardiovascular, immune and nervous systems, and other miscellaneous mechanisms of action. Comp Biochem Physiol Part C: Toxicology & Pharmacolog 2007; 145: 553-581.
Ovchinnikova TV, Aleshina GM, Balandin SV, Krasnosdembskaya AD, Markelov ML, Frolova EI, Leonova YF, Tagaev AA, Krasnodembsky EG, Kokryakov VN. Purification and primary structure of two isoforms of arenicin, a novel antimicrobial peptide from marine polychaeta Arenicola marina. FEBS Lett. 2004; 577: 209-214.
Ovchinnikova TV, Shenkarev ZO, Balandin SV, Nadezhdin KD, Paramonov AS, Kokryakova VN, Arseniev AS. Molecular insight into mechanism of antimicrobial action of the beta-hairpin peptide arenicin: specific oligomerization in detergent micelles. Biopolymers. 2008; 89: 455-464.
Ovchinnikova TV, Shenkarev ZO, Nadezhdin KD, Balandin SV, Zhmak MN, Kudelina IA, Finkina EI, Kokryakov VN, Arseniev AS. Recombinant expression, synthesis, purification, and solution structure of arenicin.  Biochem Biophys Res Commun. 2007; 360: 156-162.
Park C, Lee DG. Fungicidal effect of antimicrobial peptide arenicin-1. Biochim Biophys Acta. 2009; 1788: 1790-1796.
Rousselot M, Delpy E, Drieu La Rochelle C, Lagente V, Pirow R, Rees JF, Hagege A, Le Guen D, Hourdez S, Zal F. Arenicola marina extracellular hemoglobin: a new promising blood substitute. Biotechnol J. 2006; 1: 333-345.