Пептидные антибиотики животных как биохимические факторы противоинфекционной защиты (стр. 2 из 2)
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., что дополняет картину деструктурирующих воздействий наv клетки-мишени, результатом которых является гибель последних. Обобщенная схема предполагаемого механизма антимикробного действия одного из антибиотических пептидов - цекропина - представлена на рис. 20. Первая фаза действия пептида связана с адсорбцией димера цекропина на поверхности мембраны за счет электростатических взаимодействий с ее отрицательно заряженными соединениями. На следующей стадии происходит диссоциация димера и внедрение в липофильную фазу липидного бислоя отдельных молекул цекропина за счет гидрофобных взаимодействий. На заключительной стадии внедрившиеся и ориентированные поперек мембран молекулы цекропинов формируют каналоподобные поры с умеренной селективной проницаемостью для анионов.
Схема, отражающая основные этапы взаимодействия цекропинов с липидной мембраной.
Таким образом, отрицательный заряд поверхности микробных клеток наряду с набором специфических структур их оболочек и высоким трансмембранным электрическим потенциалом их цитоплазматических мембран обеспечивает избирательность антимикробного действия антибиотических пептидов. Для рассматриваемого механизма врожденного иммунитета животных характерен относительно низкий по сравнению с молекулярными факторами приобретенного иммунитета уровень распознавания "своего" и "чужого", а также отсутствие памяти. Однако именно антибиотические пептиды клеток и жидких сред в значительной степени обеспечивают выживаемость большинства видов беспозвоночных животных в среде, изобилующей микробами, поскольку у них отсутствуют механизмы приобретенного иммунитета.
Необходимостью обеспечения надежной антимикробной защиты животных объясняется факт удивительного структурного разнообразия молекулярных матриц АП, сосуществующих в клетках и жидких средах одного и того же организма. Так, в нейтрофилах коров представлены Р-дефенсины, бактенецины и индолицидин. В гемолимфе мясных мух встречаются дефенсины, цекропины и другие АП. Один из ведущих идеологов рассматриваемой области исследований - проф. X. Боман из Стокгольмского университета - видит основную причину столь широкого разнообразия молекулярных матриц антимикробных пептидов в особенностях, очень часто ускользающих из поля зрения и анализа ученых, сопряженной эволюции экосистемы животный организм-микробная флора. Другими словами, именно микроорганизмы являются одним из ведущих природных биотических факторов среды, определяющих как поддержание стабильности молекулярно-генетических структур, ответственных за биосинтез антимикробных пептидов, так и направление возможных их изменений в эволюции животного мира. По мнению X. Бомана, именно в реальном многообразии видов микроорганизмов, с которыми в природе взаимодействует конкретный вид животных, кроется одна из основных причин видового спектра антимикробных пептидов, которые, с одной стороны, обеспечивают стерильность внутренней среды макроорганизма, а с другой - контролируют профиль его аутофлоры.
Понимание механизмов антимикробного действия АП является основанием для использования этих соединений в качестве антибиотиков нового поколения в медицине и ветеринарии. Поразительные генетическая изменчивость и скорость размножения микроорганизмов являются факторами, обеспечивающими быстрое формирование у них антибиотикорезистентности. Это обстоятельство создает для человека серьезные проблемы в борьбе с потенциально патогенными возбудителями инфекционных заболеваний. Последний новый класс антибиотиков - налидиксовая кислота - был внедрен в практику более 30 лет тому назад. В связи с этим поиск и создание новых антибиотических веществ пептидной природы являются насущными задачами современной медико-биологической науки.
Традиционно применяемые антибиотики микробного происхождения, решая основную задачу, связанную с инактивацией микроорганизмов, вызывают, однако, у человека и животных ряд нежелательных побочных эффектов: во-первых, многие из них индуцируют в организме состояние иммунодефицита вследствие иммуносупрессивной активности, во-вторых, вызывают в организме эндотоксемию, в-третьих, к ним вырабатывается резистентность со стороны микроорганизмов.
Антимикробные пептиды лишены этих недостатков. Более того, многие катионные АП обладают эндотоксиннейтрализующей и иммунорегулиру-ющей активностью. К ним практически не вырабатывается резистентность со стороны микробов. Будучи факторами проницаемости, катионные АП усиливают действие традиционно используемых антибиотиков, для них пока не описаны анафилактоидоподобные реакции, поскольку они неантигенны. Все это является предпосылкой для создания антимикробных препаратов на основе природных пептидных антибиотиков, совокупность которых представляет собой неотложную систему неспецифической антимикробной защиты, включающуюся в действие без существенно заметного латентного периода, с высокой эффективностью и относительной избирательностью распознавания "свое"-"чужое".
С целью оценки терапевтических свойств дефенсинов в условиях организма нами впервые было изучено влияние суммарных дефенсинов кролика и человека на течение экспериментальной герпетической инфекции на мышах линии СВА. С этой целью мышей заражали интрацеребрально вирусом герпеса в дозе 2 ЛД50/0.02 мл. Дефенсины испытывали по лечебно-профилактической схеме с одноразовой концентрацией белка, равной 100 мкг на животное, что оказалось оптимальным в результате предварительно проведенных экспериментов. У мышей вследствие инфицирования в мозг развивается энцефаломиелит разной степени тяжести. Причем по данным, полученным в нашей лаборатории, максимальная продукция вируса в клетках организма-хозяина имеет место на 3-4-е сут инфекционного процесса. Поэтому именно в эти сроки нами внутрибрюшинно вводились дефенсины инфицированным животным. В результате проведенных опытов получены доказательства защитного действия дефенсинов при экспериментальной герпетической инфекции у мышей, количественно более выраженного в случае использования препаратов кролика по сравнению с пептидами нейтрофилов человека. Испытание активности дефенсинов в этих условиях выявило в принципе те же тенденции, которые были установлены при оценке их прямого антивирусного действия. Эффективнее в обоих случаях были дефенсины кролика, нежели человека, что в некоторой степени можно связать с более основным характером молекул первых, определяющим в значительной степени интенсивность вирусоцидной активности препаратов. Необходимо подчеркнуть, что суммарная лечебная доза препаратов составляла в наших экспериментах 10 мг полипептидов на 1 кг веса животного, в то время как ЛД50 дефенсинов кролика, но нашим данным, находится в пределах 500-700 мг/кг, а дефенсинов человека - 700-800 мг/кг. Соотношение токсической и терапевтической доз дефенсинов позволяет считать нетоксичными эти препараты в используемых концентрациях. Что касается механизмов защитного действия этих полипептидов в условиях организма, то наряду с их прямым антивирусным действием наиболее вероятно их стимулирующее воздействие на клетки мононуклеарной фагоцитирующей системы, которые являются одним из определяющих факторов резистентности к герпетической инфекции. Проверка этих предположений является предметом наших продолжающихся работ.
Результаты данных экспериментов позволяют рассматривать дефенсины в качестве эффективных препаратов, повышающих резистентность организма к вирусной инфекции. Принципиальная возможность их использования в качестве профилактическо-терапевтических средств при инфекционной патологии с неизбежностью ставит вопрос о необходимости изучения влияния дефенсинов на гомеостатические механизмы организма.