Кокряков - Биология антибиотиков животного происхождения - 1999 (947290), страница 13
Текст из файла (страница 13)
В силу мембранотропного механизма антибиотического действия этих пептидов они способны в определенных условиях проявлять повреждающие (нежелательные) эффекты в отношении клеток животного организма, который их продуцирует. В связи с этим встает вопрос о том, какие клеточно-молекулярные механизмы обеспечивают прицельность именно антимикробного действия АП, сводя к минимуму их возможные аутоповреждаюшие эффекты в процессах фагоцитоза и воспаления, а также на поверхности барьерных эпителиев макроорганизма. Как теперь установлено, подобная избирательность действия АП определяется рядом структурных и морфологических факторов (Вошап, 1994; Ноггшап, 1995; Ма1оу, Кап, 1995).
К последним относится, в частности, компартментализация (упаковка, обособление) дефенсинов в лизосомоподобных гранулах лейкоцитов и клеток Панета, где они связаны с кислыми мукополисахаридами, которые обеспечивают нейтрализацию цитотоксических молекул. Друпге пептиды (кателицидины) упакованы в гранулах в форме функционально неактивных предшественников (пропептидов), которые подвергаются ограниченному протеолизу (в частности, лизосомными эластазами) с освобождением антимикробного пептида только в случае активации нейтрофильных гранулоцитов в процессе фагоцитоза (Оеппаго ег а1., 1991; Еапеш ег а1., 1995).
В случае освобождения содержимого лизосомоподобных гранул нейтрофильных гранулоцитов (НГ) во внеклеточное пространспю цвтотоксичносгь дефенсинов нейтрализуется вследствие их взаиьяздейстаня с плазменными белками, являющимися в своей основной массе аиионными соединениями. В настоюцее время установлено, что хорошо известные ингибиторы сериновых протеиназ (серпины) — а2-макроглобулин, а1-ингибитор протеиназ, а1-антихимотрипсин, анпггромбин Ш вЂ” обладают повышенным сродством к дефенсинам, благодаря чему образуются нецитотоксичные комплексы серпины — дефенсины (РапуппсЬ ег а1., 1995). Существенно важным фактором, определюощим избирательность (селективность) действия АП на микроорганизмы, являются особен- ности поверхностных структур бактерий, низших грибов, оболочечных вирусов н, в меньшей степени, простейших.
В клеточной стенке и цитоплазматической мембране бактерий и грибов локализованы молекулы, к которым АП проявляют повышенное сродство в ходе межмалекулярных электростатических и гидрофобных взаимодействий. Так, в частности, в состав липидов цитоплазматической мембраны большинства бактерий входят кислые фосфолипиды (кардио- липин, фосфатидилглицерин) в существенно более высокой концентрации, чем в плазмалемму эукариотических клеток (Кагава, 1985). Вследствие повышенного электростатического взаимодействия АП с мембранными структурами, обогащенными кислыми фосфолипидами (Ма1оу, Кап', 1995), наблюдается их преимущественная сорбция на бжтериальных клетках как в фаголизосомах фагоцитов, так и во внеклеточной среде в очагах воспаления и на поверхности слизистых и кожных покровов.
Благодаря ионному взаимодействию АП концентрируются в областях питоплазматических мембран бактерий, обогащенных кислыми фосфолипидами. Подобное свойство АП было неоднократно продемонстрировано в модельных условиях с использованием искусственных плоских мембран и липосом (Рщп' ег а1., 1993; Нпзгоча ег а1., 1997; 1.оЬпег е1 а1., 1997). Повреждающее действие АП на мембраны-мишени также зависит и от интенсивности ппгрофобных взаимодействий пептида с углеводородными хвостами жирных кислот липидов.
Амфипатический характер строения молекул большинства АП обеспечивает их внедрение в двойной липидный слой мембран и нарушение структурной целостности последних. Известно также, что присутствие холестерина в составе липидов мембран эукариотических клеток повышает резнстентносгь последних к повреждающему действию таких пептидов, как магейнин и цекропин (Ма1оу, Кап', 1995). При анализе рассматриваемых взаимодействии важно также учитывать то обстоятельство, что цитоплазматическая мембрана бактерий непосредственно недоступна для контакта с АП, поскольку покрыта клеточной стенкой, в состав которой у грамположительных бактерий входит пептидогликан (муреин), а грамотрицательных— пептидогликан и наружная мембрана, являющаяся дополнительным защитным барьером микробной клетки (Франклин, Сноу, 1984).
Поэтому дефенсины, за исключением некоторых криптдинов (Бе1згеб, Оие11еце, 1995), и магейнины более эффективно поражают ш т1гго грамположительную микрофлору, нежели ~рамотрицательную. Однако это правило распространяется не на все группы (семейства) аитибиотическнх пептидов. Например, цекропины и некоторые бактенецины более активны как цитотоксические молекулы в отношении грамотрицательных бактерий. Это свойство указанных соединений обусловлено их повьппенной способностью к взаимодействию с одним из типичных (маркерных) представителей структуры наружной мембраны грамотрицательных бактерий, каковым является липополисахарид (эндотоксин).
Наличие липополисахарида (ЛПС) во внешнем слое наружной мембраны грамотрицательных бактерий 4а 4 В. н. ковриков является одним из условий их опознания антибиотическими пептидами и белками (Е1зЬасЬ, %е?зз, 1993; Вошап, 1995). Пенетрируюшая липофильный бислой активность молекул антибиотических пептидов в ряде случаев заметно зависит от трансмембранного электрического потенциала клеток-мишеней, который, как известно, у плазмалеммы бактерий обычно в 1.5 — 2 раза более высокий, чем у мембран эукариотических клеток. Это свойство мембран является одним нз условий, облезчаюших проникновение АП через липидный бислой, особенно в тех случаях.
когда эффекторные молекулы умеренно- или слабооснбвные. Проникаюшая способность высокооснбвных пептидов, таких как дефенсины кролика 1)Р-1 и Ь?Р-2, практически не зависит от мембранного потенциала клеток-мишеней. Направление электрического поля поперек мембран от плюса на внешней поверхности мембраны к минусу — на внутренней (внутриклеточной) обеспечивает электрофорез положительно заряженных молекул антибиотических пептидов через мембрану внутрь клетки. При этом часть молекул самостоятельно или в ассоциации друг с другом (димеры, тетрамеры и т. д.) внедряется в мембраны, образуя в них пороподобные отверстия различной молекулярной организации.
Перфорация мембран, которая в ряде случаев носит транзнторный (преходящий) характер, приводит к утечке из клеток ионов и нарушению ионной асимметрии между средой и клетками. Следствием этого является диссипация мембранного потенциала клеток-мишеней (деполяризация мембраны) и стремление молекул воды войти в клетки.
Результатами подобного движения воды могут быть разбухание клеток-мишеней и их осмотический лизнс.Рассеивание мембранного потенциала лишает клетки вазможности осуществлять активный транспорт ионов и веществ против градиента концентраций, что в итоге резко снижает их жизнеспособность. При типичной ориентации электрического поля мембран катионные АП могут переноситься через этот барьер путем электрофореза, подобно тому как это описано для микробных пептидных антибиотиков полимиксина В и грамицидинов (Франклин, Сноу, 1984).', Механическое внедрение АП в мембраны клеток нарушает их молекулярную архитектуру, сложные надмолекулярные образования, осуществляющие транспорт электронов и сопряжение окисления с фосфорилированием.
На некоторые метаболические процессы АП действуют ингибирующим образом (репликация, транскрипция, трансляция и др.), что дополняет картину деструктурируюших воздействий насхлетяи-мишени, результатом которых является гибель (инактивация) последних (Усуа, Бр?гяпайе1, 1966а, 1966Ь; ?.еЬгег ег а1., 1988). Обобщенная схема предполагаемого механизма антимикрабного действия одного из антибиотических пептидов — цекропина— представлена на рис.
20 (СЬпягепяеп ег а1., 1988). Первая фаза (1) действия пептида связана с адсорбцией димера цекропина на поверхности мембраны за счет электростатических взаимодействий с ее отрицательно заряженными соединениями (кислые фосфолипиды, липополисахариды). На следующей стадии (П) происходит диссоциация Яюь +++ «++ + 111 Рнс. 20: Схеме, отрвиэюозвв основные этапы взэнмояействня цехрооннов с яи- оняной мембраной (Сйпззепзеп ег в1., 1988). Пояснения в тексте. димера и внедрение в липофильную фазу липидного бислоя отдельных молекул цехропина за счет гидрофобных взаимодействий. На заключительной стадии (П?) внедрившиеся и ориентированные поперек мембран молекулы цекропинов формируют каналоподобные поры с умеренной селективной проницаемостью для анионов, таким образом, отрицательный заряд поверхности микробных клеток наряду с набором специфических структур их оболочек (липополисахариды, тейхоевые кислоты, пептидоглнканы, кислые фосфолипиды) и высоким трансмембранным электрическим потенциалом их цнтоплазматических мембран обеспечивает избирательность анти- микробного действия антибиотнческих пептидов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
