1.5 Антимікробні пептиди комах
Імунної системи в тому розумінні, до якого ми звикли, комах немає. Комахи не виробляють захисні білкові молекули - антитіла, здатні блокувати чужорідні білки, що потрапили в організм. Проте вже давно відомо, що з хвороботворними мікроорганізмами комахи все ж таки вміють боротися, за рахунок синтезованих антибактеріальних пептидів. Відомі антимікробні пептиди, виділені з різних комах [77]. Побудувати природну класифікацію антимікробних пептидів, засновану на спільності походження структур, поки що не вдається, т.к. незважаючи на все зростаюче число пептидів, що відкриваються, фактичний матеріал ще далеко недостатній. Занадто малий список вивчених у цьому відношенні видів живих організмів, щоб робити узагальнення, що стосуються великих систематичних груп. Потрібно порівняти спектри антимікробних пептидів з різних видів, що належать до різних таксонів, а також вивчення специфічності їх дії щодо спектру мікробів, що контактують з даним видом організмів у природних умовах. У 1996 р. Боман запропонував класифікацію, засновану на відомої чи передбачуваної третинної структурі [78]. Велике значення у цій системі надавалося наявності та кількості дисульфідних зв'язків у молекулі пептиду. Відповідно до неї виділялося 4 структурні класи: 1) цекропини, 2) дефенсини, цистеїн-збагачені пептиди, 3) пролін-збагачені пептиди, 4) гліцин-збагачені пептиди/поліпептиди. Цекропини - найбільша група на даний момент (290 пептидів) представлена пептидами, що формують амфіпатичні ct-спіралі в ліпідному оточенні, але зазвичай невпорядкованими у водних 29
розчинах. Спіральна структура часто представлена у вигляді спіраль-поворот-спіраль, де перші 9-16 амінокислотних залишків формують спіральний гідрофільнийділянку поряд з N-кінцем, далі 2-4 залишку (гліцин та/або пролін) беруть участь у повороті і наступні 11-14 амінокислот утворюють гідрофобну спіраль у С-кінця [79]. Це лінійні молекули, що не містять цистеїну. Сюди відносять цекропини, спочатку виділені з імунізованої гемолімфи лялечки Hyalophoracecropia. Наступні дослідження показали наявність таких пептидів у гемолімфі багатьох видів комах (Handucasexta, Samiacyntia, Drosophilasp. і т.д.). Відповідно до амінокислотної послідовності виділяють три види цекропинів А, В і D. С-кінцеві амінокислотні залишки відомих цекропинів комах амідовані [78]. In vitro цекропини А і В дуже активні проти грам-позитивних і грам-негативних бактерій, тоді як цекропин D тільки проти грам-негативних [80]. Основні представники сімейства цекропинів (А і В) мають підвищену антимікробну активність порівняно з менш катіонним цекропином D, в молекулі якого на 3 позитивні заряди менше [81]. Унікальні пептидні антибіотики знайдені в репродуктивних органах деяких комах.
У Drosophila виробляється андропін [80]. Він складається з 32 амінокислот, що формують дві аспіралі, його ген примикає до кластера генів, що кодують цекропини. Цей ген активується при парі, а не при інфекційному зараженні, і експресується тільки у зрілих самців. З репродуктивних органів самки Ceratuscapitata було виділено два пептиди (цератотоксини). Вони мають велику структурну гомологію з цекропинами і виявляють антибактеріальну та гемолітичну активність [82]. Цекропини проявляють активність і проти еукаріотичних одноклітинних паразитів (рід Plasmodium і Leishmania). Цекропін є поки що єдиним 30
пептидом, що впливає на багатоклітинний паразит.Brugiapahangi (нематоду, що викликає філяріоз людини) [83]. Дефенсини - пептиди з 3-ма дисульфідними зв'язками. До цього класу належить найбільш поширена та численна група з відомих антимікробних пептидів. Дефенсини беруть участь у захисті організму від мікробних інвазій у ссавців, комах та рослин, така широка поширеність дефенсин-подібних молекул свідчить про їхнє давнє походження та функціональну значущість. Дефенсини комах містять від 29 до 40 амінокислотних залишків, що включають шість інваріантних залишків цистеїну, які утворюють 3 внутрішньомолекулярні дисульфідні зв'язки. Молекулярна маса пептидів 2-6 кДа [84-86]. Дефексини виявляють антибактеріальну активність щодо грам-негативних бактерій. Третя група антимікробних пептидів з комах, пролін-збагачені молекули, виділені з загонів Lipidoptera, Deptera і Hemiptera. Пептиди мають антибактеріальну активність щодо грам-негативних бактерій, і деякі пептиди мають фунгіцидну та антибактеріальну активність щодо грам-позитивних бактерій [87]. Гліцин-збагачені пептиди з молекулярною масою 8-24 кДа, мають антибактеріальну активність щодо грам-негативних бактерій. До цієї групи належать аттацини, саркотоксин II, диптерицин [77,88]. На відміну від інших безхребетних тварин, ці пептиди не присутні в організмі комах постійно, а виникають тільки у відповідь на інфекцію. Це, у певному сенсі, аналог адаптивного імунітету в людини. Але у комах цю систему організовано набагато простіше. В організмі людини антимікробні пептиди знаходяться всередині імунної системи, у лейкоцитах, і діють у складі клітини. У 31
комах функцію синтезу білкових сполук виконуєспеціальний орган – так зване жирове тіло, аналог печінки у ссавців. У разі потрапляння інфекції жирове тіло одночасно викидає близько півтора десятка різних пептидів, які знищують бактерії спільно. За рахунок цього виникає феномен високої антибактеріальної активності. При цьому лікувальні речовини зовсім не токсичні для комахи.