Toxicology - Prof. RNDr. Jiří Patočka, DrSc - Apidaeciny, antibakteriální peptidy včely medonosné

Apidaeciny, antibakteriální peptidy včely medonosné

Jiří Patočka

Apidaeciny byly izolovány z lymfy včely medonosné (Apis mellifera), jako humorální inducibilní faktory s antibakteriální aktivitou. Jedná se o lineární peptidy o 18 aminokyselinách obecného vzorce:

GNNRP(V/I)YIPQPRPPHPR(L/I)

Tyto malé peptidy jsou termostabilní, jejich molekuly nemají helikální strukturu a jsou biologicky účinné proti řadě bakterií – zejména Gram-negativních (Casteels et al., 1994) – a některým lidským patogenům. Jejich účinek je spíše bakteriostatický než bakteriolytický (Casteels a Tempst, 1994). Synteticky připravené apidaeciny vykazují stejnou biologickou aktivitu jako peptidy izolované z biologického materiálu. Biologicky účinné apidaeciny jsou přítomny pouze v hemolymfě dospělých včel, zatímco v larvách jsou přítomny pouze biologicky inaktivní prekurzory těchto oktadekapeptidů (Casteels et al., 1989). Baktericidně účinné peptidy vznikají v hemolymfě imaga jako důsledek infekce bakteriemi nebo parazity (Craig et al., 1989). Antibakteriálně účinné peptidy jsou v říši hmyzu velmi rozšířené (Otvos, 2000; Markossian et al., 2004).
I když apidaeciny nejsou jedinými antibakteriálně účinnými peptidy v lymfě včely (Casteels et al., 1990), rozhodně patří mezi ty nejvýznamnější z pohledu humorální imunity (Casteels-Josson et al., 1993). Pro antibakteriální účinnost apidaecinů je důležitá přítomnost mnohočetných prolinových zbytků (Taguchi et al., 1994, 1996; Otvos, 2002) a mechanimus toxického účinku těchto na prolin bohatých peptidů spočívá v jejich účinku na bakteriální membránu, v které vytváří arteficiální póry (Castle et al., 1999), i když všechny mechanismy togoto procesu najsou dosud známy (Dutta et al., 2008; Tavano et al., 2011). Tento mechanismus účinku, kterým apidaecin usmrcuje bakteriální buňku zabezpečuje, že apidaecin je netoxický pro člověka (Li et al., 2006). Jeho využití v humánní medicíně je silně omezeno faktem, že jako každý peptid je v těle rychle rozkládán peptidázami a jeho biologická účinnost rychle klesá. Určitým řešením je vhodná obměna jeho molekuly, která zabezpečí větší odolnost k peptidázám (Barthold et al., 2013).

Literatura
Berthold N, Czihal P, Fritsche S, Sauer U, Schiffer G, Knappe D, Alber G, Hoffmann R. Novel apidaecin 1b analogs with superior serum stabilities for treatment of infections by gram-negative pathogens. Antimicrob Agents Chemother. 2013; 57(1): 402-409.
Casteels-Josson K, Capaci T, Casteels P, Tempst P. Apidaecin multipeptide precursor structure: a putative mechanism for amplification of the insect antibacterial response. EMBO J. 1993; 12(4): 1569-1578.
Casteels P, Ampe C, Jacobs F, Vaeck M, Tempst P. Apidaecins: antibacterial peptides from honeybees. EMBO J. 1989; 8(8): 2387-2391.
Casteels P, Ampe C, Riviere L, Van Damme J, Elicone C, Fleming M, Jacobs F, Tempst P. Isolation and characterization of abaecin, a major antibacterial response peptide in the honeybee (Apis mellifera). Eur J Biochem. 1990; 187(2): 381-386.
Casteels P, Romagnolo J, Castle M, Casteels-Josson K, Erdjument-Bromage H, Tempst P. Biodiversity of apidaecin-type peptide antibiotics. Prospects of manipulating the antibacterial spectrum and combating acquired resistance. J Biol Chem. 1994; 269(42): 26107-26115.
Casteels P, Tempst P. Apidaecin-type peptide antibiotics function through a non-poreforming mechanism involving stereospecificity. Biochem Biophys Res Commun. 1994; 199(1): 339-345.
Castle M, Nazarian A, Yi SS, Tempst P. Lethal effects of apidaecin on Escherichia coli involve sequential molecular interactions with diverse targets. J Biol Chem. 1999; 274(46): 32555-32564.
Craig AG, Trenczek T, Fries I, Bennich H. Mass spectrometric identification of peptides present in immunized and parasitised hemolymph from honeybees without purification. Biochem Biophys Res Commun. 1989; 165(2): 637-643.
Dutta RC, Nagpal S, Salunke DM. Functional mapping of apidaecin through secondary structure correlation. Int J Biochem Cell Biol. 2008; 40(5): 1005-1015.
Li WF, Ma GX, Zhou XX. Apidaecin-type peptides: biodiversity, structure-function relationships and mode of action. Peptides. 2006; 27(9): 2350-2359.
Markossian KA, Zamyatnin AA, Kurganov BI. Antibacterial proline-rich oligopeptides and their target proteins. Biochemistry (Mosc). 2004; 69(10): 1082-1091.
Otvos L Jr. Antibacterial peptides isolated from insects. J Pept Sci. 2000; 6(10): 497-511.
Otvos L Jr. The short proline-rich antibacterial peptide family. Cell Mol Life Sci. 2002; 59(7): 1138-1150.
Taguchi S, Nakagawa K, Maeno M, Momose H. In vivo monitoring system for structure-function relationship analysis of the antibacterial peptide apidaecin. Appl Environ Microbiol. 1994; 60(10): 3566-3572.
Taguchi S, Ozaki A, Nakagawa K, Momose H. Functional mapping of amino acid residues responsible for the antibacterial action of apidaecin. Appl Environ Microbiol. 1996; 62(12): 4652-4655.
Tavano R, Segat D, Gobbo M, Papini E. The honeybee antimicrobial peptide apidaecin differentially immunomodulates human macrophages, monocytes and dendritic cells. J Innate Immun. 2011; 3(6): 614-622.