Sklerotioruminy – sekundární metabolity mořských mikroskopických hub

Jiří Patočka

     Sklerotioruminy (sclerotiorumins) jsou skupinou sekundárních metabolitů hub, které byly objeveny při studiu mořských mikroskopických hub. Jejich název souvisí s druhovým jménem houby Aspergillus sclerotiorum. Jednotlivé sloučeniny se liší chemickou strukturou a patří mezi různé typy přírodních organických látek. První tři zástupci, sklerotioruminy A–C, byly popsány ve studii z roku 2017, která zkoumala společnou kultivaci mořských hub Aspergillus sclerotiorum a Penicillium citrinum (Bao et al., 2017). Sklerotioruminy A a B byly zařazeny mezi deriváty furanonu, zatímco sklerotiorumin C představoval nový typ oxadiazinového derivátu. 

                 Sklerotiorumin A                                    Sklerotiorumin B                            Sklerotiorumin C

Harziaphilic Acid: A Novel Secondary Metabolite of Fungi of the Genus Trichoderma

Jiří Patočka

     Harziaphilic acid is a naturally occurring nitrogen-containing organic compound first reported in 2017 as a novel secondary metabolite produced during the co-cultivation of two filamentous fungi. Although the molecule contains a nitrogen atom and a heterocyclic structural moiety, it should not automatically be classified as an alkaloid without further qualification. Chemically, it is a tetramic acid derivative and is therefore structurally related to other microbial metabolites belonging to this class.

Discovery and Biological Origin

     Harziaphilic acid was isolated by Vinale and colleagues during an investigation of interactions between the fungi Trichoderma harzianum M10 and Talaromyces pinophilus F36CF. Their findings demonstrated that microbial co-cultivation can alter secondary metabolite production and lead to the formation of compounds that are produced only in negligible amounts or remain undetectable when the individual strains are grown separately. Harziaphilic acid was isolated from the co-culture, and its structure was elucidated using spectroscopic and mass spectrometric methods. This study illustrates how investigations of interspecific microbial interactions can facilitate the discovery of previously unknown natural products (Xu et al., 2023).

Chemical Characteristics

Harziaphilic acid

Křemenáč osikový (Leccinum rufum): Biochemické složení, bioaktivní látky a nutriční význam

Jiří Patočka, Radoslav Patočka, Milada Mičánková

     Křemenáč osikový (Leccinum rufum (Schaeff.) Kreisel, syn. Leccinum aurantiacum p.p.) patří mezi nejpopulárnější a nejvíce ceněné jedlé ektomykorhizní houby stopkovýtrusné z čeledi hřibovitých (Boletaceae). Tato houba vykazuje přísnou ekologickou vazbu na topol osiku (Populus tremula), s nímž tvoří mykorhizu (Dörfelt & Berg, 1990.) Kromě vysoké kulinářské hodnoty dané pevnou konzistencí dužniny a příjemným aroma se Leccinum rufum stává předmětem zájmu fytochemického a mykologického výzkumu. Ten se zaměřuje na identifikaci nízkomolekulárních metabolitů a bioaktivních látek s potenciálními antioxidačními a antimikrobiálními účinky.

     Mladé plodnice křemenáče osikového disponují charakteristickým polokulovitým, sytě oranžovým až cihlově červeným kloboukem, jehož pokožka mírně přesahuje okraj. Třeň je robustní, válcovitý, pokrytý bělavými šupinkami, které v průběhu ontogeneze plodnice tmavnou do hnědočerné barvy. Význačným diagnostickým rysem je změna barvy dužniny na řezu – ta po porušení přechází z bílé přes šedorůžovou a modrošedou až do finální tmavě šedočerné.

Křemenáč osikový (Leccinum rufum)

Foto: Milada Mičánková

Cladosin E – přírodní metabolit mořské houby

Jiří Patočka

     Cladosin E je přírodní sekundární metabolit izolovaný z mořské houby Cladosporium sphaerospermum kmene 2005-01-E3. Houby rodu Cladosporium žijí převážně jako saprofyty, tedy houby rozkládající odumřelou organickou hmotu. Vyskytují se v široké škále suchozemských i mořských prostředí, kde mohou vytvářet také různé formy soužití s rostlinami a živočichy (Bensh et al., 2015). Patří rovněž k běžným obyvatelům vnitřních prostor budov (Segers et al., 2015;  Bensch et al., 2018). Díky tomu přicházejí často do kontaktu s člověkem, u něhož mohou za určitých podmínek vyvolávat nežádoucí reakce, například alergie, a některé druhy mohou působit také jako původci infekčních onemocnění (Cheng et al., 2915; Sandoval-Denis et al., 2016; Yew et al., 2016; Batra et al., 2019).

     Cladosin E byl popsán v roce 2014 společně s příbuznými látkami cladosiny A–D,  které byly objeveny při výzkumu chemické diverzity hub pocházejících z hlubokomořského prostředí (Wu et al., 2014).  Z chemického hlediska patří cladosin E mezi houbové přírodní produkty biosynteticky příbuzné hybridním polyketidům. Jeho struktura byla určena na základě spektroskopických metod a chemických postupů, které umožnily objasnit také stereochemické uspořádání molekuly. Pro cladosin E samotný však nejsou v původní studii doloženy výrazné farmakologické účinky. Mírná aktivita proti viru chřipky A (H1N1), uváděná v této práci, se týkala cladosinu C, nikoli cladosinu E. 

Cladosin  E

Méně známá proteinogenní aminokyselina pyrrolysin

Jiří Patočka, Matěj Malík

     Pyrrolysin (L-pyrrolysine, zkratka Pyl, jednopísmenný symbol O) patří mezi nejpozoruhodnější aminokyseliny známé současné molekulární biologii. Od dvaceti standardních proteinogenních aminokyselin se odlišuje nejen svou chemickou strukturou, ale především způsobem, jakým je geneticky kódována a začleňována do bílkovin. Je označována jako 22. proteinogenní aminokyselina, protože její existence ukázala, že genetický kód není ve všech organismech omezen na jednadvacet běžných aminokyselin. Pyrrolysin však není univerzální součástí proteinů všech organismů; její genetické kódování bylo doloženo u některých metanogenních archeí a určitých bakterií, zejména u mikroorganismů využívajících methylované aminy v energetickém metabolismu (1, 2). 

Chemická struktura a vlastnosti

Chemicky jde o derivát L-lysinu, jehož postranní ε-aminoskupina je acylována skupinou obsahující methylovaný  pyrrolinový  kruh.  Pyrrolysin si zachovává základní strukturu α-aminokyseliny, tedy aminoskupinu a karboxylovou skupinu na α-uhlíku, avšak jeho postranní řetězec je podstatně složitější než u běžných proteinogenních aminokyselin. Právě pyrrolinová část molekuly propůjčuje této aminokyselině specifické chemické vlastnosti, které jsou důležité při katalýze přenosu methylových skupin (2, 3).

Pyrrolysin

Přírodní cyklické dipeptidy a tripeptidy

 Jiří Patočka, Kamil Kuča, Patrik Olekšák

     Přírodní cyklické dipeptidy a tripeptidy představují významnou skupinu nízkomolekulárních peptidů vznikajících nejčastěji enzymatickou nebo neribozomální biosyntézou (Kopple, 1972; Bellezzta  et al., 2014). Navzdory své jednoduché struktuře vykazují pozoruhodnou chemickou stabilitu, odolnost vůči proteolytickým enzymům a široké spektrum biologických aktivi (Zhao et al., 2021). Vyskytují se u bakterií, hub, rostlin i živočichů a často plní funkci signálních molekul, obranných metabolitů nebo prekurzorů složitějších přírodních látek (Ortiz & Sansinenea, 2017).

Přírodní cyklické dipeptidy 

     Nejpočetnější skupinou cyklických dipeptidů jsou 2,5-diketopiperaziny (DKP). Vznikají cyklizací dvou aminokyselin za vzniku šestičlenného heterocyklického kruhu obsahujícího dvě amidové skupiny (Bojarska et al., 2021). Tato struktura je mimořádně stabilní vůči hydrolýze i enzymatickému štěpení. DKP jsou produkovány především bakteriemi rodů Bacillus, Streptomyces, Pseudomonas a Lactobacillus, dále mikroskopickými houbami (Aspergillus, Penicillium, Fusarium) a v menší míře rostlinami i mořskými organismy.

Mezi nejlépe prostudované přírodní diketopiperaziny patří:

• cyklo(L-Pro-L-Leu) 

• cyklo(L-Pro-L-Tyr) 

• cyklo(L-Pro-L-Phe) 

• cyklo(L-Phe-L-Phe) 

• cyklo(Gly-L-Pro) 

• cyklo(L-Leu-L-Val) 

    Mnohé DKP vykazují antibakteriální, antimykotickou a antivirovou aktivitu, mají  imunomodulační účinky, antioxidační a protinádorovou aktivitu a působí neuroprotektivně. Některé diketopiperaziny působí jako molekuly quorum sensing, kterými bakterie regulují tvorbu biofilmů, produkci toxinů nebo virulenci (Holding et al., 1999). Řada významných přírodních toxinů vznikla právě z jednoduchého diketopiperazinového skeletu, jako např. gliotoxin, chetomin, poridesmin, verruculogen či brevianamidy a fumitremorginy (Balibar & Walsh, 2006; Li, 2011; Abraham, 2018). 

Lačník stepní (Zebrina detrita) – malý a nenápadný obyvatel teplých skalních stepí

Radoslav Patočka, Jiří Patočka

Úvod

     Lačník stepní (Zebrina detrita (O. F. Müller, 1774)) je suchozemský plž, který patří k charakteristickým, avšak poměrně nenápadným obyvatelům teplomilných travinných společenstev. Jeho život je úzce spojen se slunnými, suchými a často vápnitými stanovišti, kde se střídají nízké traviny, skalní výchozy, kamenné sutě a ostrůvky řídké vegetace. Přestože jde o drobného bezobratlého živočicha, jeho přítomnost může vypovídat o zachovalosti specifických stanovišť, která v evropské kulturní krajině patří k ohroženým biotopům (AOPK ČR; Horsák et al., 2013).  Lačník je zajímavý nejen svou přizpůsobivostí teplému a suchému prostředí, ale také svou biogeografií. V České republice se vyskytuje ostrůvkovitě a na severním okraji svého evropského areálu je závislý na poměrně specifických ekologických podmínkách. Jeho osud tak dobře ilustruje širší problém ochrany teplomilných druhů, jejichž stanoviště postupně zanikají zarůstáním, změnami hospodaření a úbytkem otevřených travinných ploch. 

Systematické zařazení a charakteristika druhu

     Lačník stepní náleží do říše živočichů (Animalia), kmene měkkýšů (Mollusca) a třídy plžů (Gastropoda). V rámci suchozemských plžů se řadí do čeledi Enidae. Platné vědecké jméno druhu je Zebrina detrita, přičemž starší literatura může uvádět také kombinaci Helix detrita nebo Buliminus detritus. Druh popsal dánský přírodovědec Otto Friedrich Müller v roce 1774. Tělo lačníka je měkké a nečlánkované, opatřené svalnatou plazivou nohou, která umožňuje pohyb po půdě, kamenech a rostlinách. Jako ostatní suchozemští plicnatí plži dýchá vzdušný kyslík plicní dutinou, která vznikla přeměnou části plášťové dutiny. Na hlavě má dva páry zatažitelných tykadel; na delším horním páru jsou umístěny oči. Pohyb zajišťuje postupné vlnění svaloviny nohy a klouzání po vrstvě hlenu, který zároveň omezuje mechanické poškození těla při kontaktu s drsným podkladem. Nejnápadnějším znakem druhu je pevná, protáhle vejčitá až vřetenovitá ulita. Bývá bělavá až krémová, někdy s nepravidelnými šedavými či hnědavými podélnými proužky, které mohou připomínat zebří kresbu (Obr. 1). Právě toto zbarvení se odráží v rodovém jménu Zebrina. Ulita má několik závitů a poměrně výrazný vrchol; její tvar a kresba umožňují odlišit lačníka od řady dalších druhů suchozemských plžů. Uváděná délka ulity se obvykle pohybuje přibližně mezi 12 a 30 mm, šířka kolem 8–12 mm, přičemž rozměry se mohou lišit mezi populacemi. 

 Obr. 1. Ulita lačníka stepního. Foto: Radoslav Patočka

Aspergicin: alkaloid mořských hub s antibakteriálním potenciálem

Jiří Patočka

     Aspergicin je sekundární metabolit vláknitých mikrospiclých hub (plísní) rodu Aspergillus, který byl popsán jako nový alkaloid s antibakteriální aktivitou. Jeho objev je zajímavý také z hlediska metodiky výzkumu přírodních látek, protože byl získán při společné kultivaci dvou mořských hub pocházejících z mangrovových ekosystémů. Tento případ ilustruje, jak může změna kultivačních podmínek ovlivnit metabolickou produkci mikroorganismů a umožnit detekci látek, které se při běžné kultivaci nemusejí tvořit v měřitelném množství. Aspergicin byl poprvé popsán v roce 2011 v práci Fenga Zhu a spolupracovníků. Autoři jej izolovali ze společně kultivovaného mycelia dvou mořských hub rodu Aspergillus, získaných z mangrovového prostředí. Spolu s aspergicinem byly identifikovány také kyselina neoaspergillová (neoaspergillic acid) a ergosterol, běžná sterolová složka buněčných membrán hub. Společná kultivace, označovaná jako kokultivace, je významným nástrojem výzkumu mikrobiálních přírodních produktů. V přirozeném prostředí mikroorganismy vzájemně reagují prostřednictvím živinových kompetic, chemických signálů a produkce obranných metabolitů. Tyto interakce mohou měnit expresi biosyntetických genových klastrů a výsledné složení metabolomu. V případě aspergicinu je kokultivace spojena s jeho izolací, samotná dostupná data však neumožňují jednoznačně určit, který regulační mechanismus jeho produkci vyvolal (Zhu et al., 2011).

     Původní studie zařadila aspergicin mezi alkaloidy a jeho strukturu navrhla na základě spektroskopických metod, zejména jednorozměrné a dvourozměrné nukleární magnetické rezonance (NMR). Tyto metody umožňují určovat chemické vazby, konektivitu atomů a prostorové vztahy mezi částmi molekuly. 

Aspergicin

Modřenec chocholatý (Muscari comosum, syn. Leopoldia comosa): nejnovější vědecké poznatky z let 2024–2026

Jiří Patočka, Radoslav Patočka

     Modřenec chocholatý je cibulnatá rostlina z čeledi chřestovitých (Asparagaceae), jejíž význam přesahuje botaniku také do oblasti potravinářství, etnobotaniky a výzkumu biologicky aktivních přírodních látek. V některých oblastech Středomoří se jeho cibule, zejména po vhodné úpravě, tradičně konzumují a v jižní Itálii jsou známé jako lampascioni. Z farmakologického hlediska jsou zajímavé především saponiny, polyfenolické látky a další sekundární metabolity, jejichž zastoupení se může lišit podle rostlinného orgánu, původu materiálu a způsobu extrakce. Výsledky fytochemických analýz naznačují potenciál pro další studium antioxidačních a dalších biologických aktivit, nelze je však automaticky považovat za důkaz léčebného účinku u člověka.

Modřenec chocholatý (Muscari comosum)