Defensyny alternatywa dla antybiotyków?* )

Transkrypt

1 Medycyna Wet. 2007, 63 (7) 763 Artyku³ przegl¹dowy Review Defensyny alternatywa dla antybiotyków?* ) EMILIA BAGNICKA, ARTUR JÓ WIK, NINA STRZA KOWSKA, JÓZEF KRZY EWSKI, LECH ZWIERZCHOWSKI Instytut Genetyki i Hodowli Zwierz¹t PAN, Jastrzêbiec, ul. Postêpu 1, Wólka Kosowska Bagnicka E., JóŸwik A., Strza³kowska N., Krzy ewski J., Zwierzchowski L. Defensins: an alternative for antibiotics? Summary The overuse of antibiotics for more than 50 years has led to the resistance of bacteria to most of them. The problem is not only the accumulation of mutations in bacterial genome over time, but also the absence of new classes of antibiotics in recent years. The current strategy to overcome the resistance of bacteria to antibiotics is, among others, using antimicrobial proteins and peptides that are produced by insects, amphibians, mammalians, or bacteria. One of the most interesting and promising group of peptides to use in the future in human and animal therapy are cationic peptides with â-sheet structures which are stabilised by cystein, called defensins. They are wide spread in the organisms of animals and plants. The mammalian defensins can be divided into three main classes: á-, â-, and è-defensin. The biggest is the class of â-defensins. They were discovered at the beginning of nineties of the last century. They demonstrate a broad-spectrum of cytotoxic activity and activity against bacteria and viruses. Their expression was found in many tissues of humans and animals. At present four human epithelial â-defensins, sixteen bovine, two ovine, two caprine, one porcine, four chicken, and four turkey â-defensins are known. Initially, only antibacterial, antiviral, and antifungal activities were attributed to these peptides. Nowadays, these peptides are known as multifunctional molecules. The type of their biological activity often depends on their concentration. Some of them are potential candidates for clinical applications and therefore the recognition of every aspect of their biological activity can be very important. Keywords: antimicrobial peptides, â-defensins Stosowanie w okresie ostatnich dziesiêcioleci coraz wiêkszych iloœci antybiotyków doprowadzi³o do wzrostu opornoœci wielu szczepów bakterii na ich dzia- ³anie. Ju w 1939 roku MacLean, Rogers i Fleming opisali pojawienie siê szczepu gronkowca opornego na sulfonamidy u pacjenta leczonego sulfapirydyn¹. W ci¹gu nastêpnych kilku lat spotyka siê coraz wiêcej informacji dotycz¹cych wzrastaj¹cej liczby szczepów opornych na penicylinê, streptomycynê, chloramfenikol i antybiotyki tetracyklinowe. W 1957 roku w Polsce ponad 95% gronkowców wyizolowanych z materia³ów klinicznych i pozaklinicznych by³o opornych na sulfonamidy oraz antybiotyki; w materia³ach klinicznych szpitali woj. gdañskiego stwierdzono oko³o 73% szczepów gronkowców opornych na penicylinê, 35% na streptomycynê, 24% na chloramfenikol i oko- ³o 12% gronkowców opornych na aureomycynê. W latach szeœædziesi¹tych nast¹pi³o szybkie zwiêkszenie opornoœci pa³eczek Gram-ujemnych. Obecnie niemal wszystkie izolowane ze œrodowiska szpitalnego szczepy Pseudomonas aeruginosa s¹ oporne na ogólnie dostêpne antybiotyki. Wzrós³ odsetek opornych na dzia- * ) Praca powsta³a w ramach grantu finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wy szego nr 2P06Z ³anie antybiotyków takich szczepów, jak: Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli, Flayobacterium, Enterobacter i innych pa³eczek Gram-ujemnych [ /Mikrobiologia/antybiotyki.htm]. Opornoœæ bakterii na antybiotyki jest ju powa nym problemem we wszystkich krajach, osi¹gaj¹c coraz czêœciej stan alarmuj¹cy. Za wysokim tempem powstawania i kumulowania mutacji bakterii nie nad¹ a pojawianie siê nowych, o wiêkszej skutecznoœci klas antybiotyków. Aktualnie realizowane strategie zwi¹zane z przezwyciê aniem opornoœci na antybiotyki opieraj¹ siê na wykorzystaniu bia³ek lub peptydów produkowanych przez owady, p³azy, ssaki czy bakterie, wykazuj¹cych w³aœciwoœci bakteriobójcze lub bakteriostatyczne. Wiele peptydów wykazuje ponadto w³aœciwoœci cytotoksyczne w stosunku do mykobakterii i grzybów, a tak e niszcz¹ce dzia³anie w stosunku do wirusów; wiêkszoœæ z nich charakteryzuje siê ma³¹ cytotoksycznoœci¹ w stosunku do komórek ssaków. Selektywne przeciwdrobnoustrojowe dzia³anie peptydów wynika z ró nic w budowie b³on komórkowych Eukariota i Prokariota. Zewnêtrzna b³ona Eukariota jest elektrycznie obojêtna dziêki obecnoœci fosfolipidów (m.in. fosfatydylocholina i sfingomielina), podczas gdy mem-

2 764 brany bakterii maj¹ ujemny ³adunek tydyloglicerolu i kardiolipiny (difosfatydyloglicerol). Ró nicê stanowi równie brak cholesterolu w b³onach komórkowych bakterii (15). Niektóre peptydy produkowane przez bakterie, grzyby i promieniowce, niesyntetyzowane w rybosomach (bacytracyna, gramicydyna S czy polimyksyna B) wykorzystywane s¹ w terapii ju od dawna. Peptydy syntetyzowane w rybosomach produkowane s¹ przez wszystkie organizmy ywe (w³¹czaj¹c bakterie) jako g³ówny komponent ich naturalnej odpornoœci, która zapewnia organizmom pierwsz¹ liniê obrony przed patogenami. Arsena³ odpornoœci wrodzonej stanowi¹ komórki fagocytarne, takie jak neutrofile i makrofagi oraz komórki nab³onka. Oba rodzaje komórek produkuj¹ peptydy zapobiegaj¹ce rozwojowi bakterii. W przeciwieñstwie do odpornoœci adaptacyjnej, odpornoœæ wrodzona jest mechanizmem zawsze wystêpuj¹cym w organizmach zwierz¹t i cz³owieka. Jest ona odpowiedzi¹ niespecyficzn¹, nieklonal¹ i natychmiastow¹; komponenty odpornoœci wrodzonej s¹ produkowane w odpowiedzi na wtargniêcie patogenów do organizmu (14). Dotychczas opisano oko³o tysi¹ca peptydów, wykazuj¹cych aktywnoœæ przeciw ró nym drobnoustrojom i bior¹cych udzia³ w odpornoœci wrodzonej organizmów wielokomórkowych, zwierzêcych i roœlinnych (5, 15). Peptydy te grupowane s¹ wed³ug rodzaju ³adunku elektrycznego, homologii sekwencji, podobieñstwa funkcjonowania i trzeciorzêdowej struktury (16). G³ówn¹ klas¹ peptydów s¹ peptydy kationowe. Z punktu widzenia potencjalnych mo liwoœci zastosowania w terapii ludzi i zwierz¹t, najbardziej interesuj¹ce s¹ peptydy kationowe, stabilizowane cystein¹, posiadaj¹ce strukturê b-harmonijki (5). S¹ one specyficzne gatunkowo (ró ni¹ siê znacznie sk³adem i struktur¹) i s¹ szeroko rozpowszechnione w organizmach ludzi oraz zwierz¹t, tak e domowych (16). Peptydy te, o wielkoœci od 16 do 40 reszt aminokwasowych, z du ¹ liczb¹ reszt argininowych, maj¹ dwa lub wiêcej mostki disiarczkowe (5). Grupa ta obejmuje defensyny a, b i q (5, 24) oraz protegryny (5). Protegryny s¹ ma³ymi peptydami, posiadaj¹cymi strukturê szpilki do w³osów, stabilizowan¹ dwoma mostkami siarczkowymi. Wykazuj¹ one szerokie spektrum dzia³ania przeciwdrobnoustrojowego, m.in. przeciw bakteriom Gram- -ujemnym, Gram-dodatnim i grzybom (16). S¹ one równie aktywne w stosunku do niektórych otoczkowych wirusów (8). Pierwsze peptydy ze struktur¹ b-harmonijki wyizolowa³ Lehrer w 1980 roku z króliczych makrofagów. Nieco póÿniej peptydy te, nazwane a-defensynami, zosta³y wykryte równie w króliczych granulocytach, a nastêpnie w fagocytach innych ssaków, w tym tak e u ludzi. Na pocz¹tku lat dziewiêædziesi¹tych ubieg³ego wieku odkryto b-defensyny (17). Ostatni¹ znalezion¹ grup¹ aktywnych peptydów s¹ q-defensyny. Pierwsze koliste defensyny wyizolowano z roœlin (17). Medycyna Wet. 2007, 63 (7) Obecnoœæ pierwszej zwierzêcej kolistej minidefensyny (RTD1) w leukocytach rezusa opisa³ zespó³ Selsteda w 1999 (23). Cykliczna struktura minidefensyny RTD-1 determinuje jej skutecznoœæ dzia³ania przeciw drobnoustrojom i odpornoœæ na hamuj¹ce dzia³anie soli fizjologicznej. Ta niewra liwoœæ na fizjologiczne stê- enie soli mo e mieæ du y wp³yw na przeciwdrobnoustrojowe funkcje w œrodowisku wewn¹trzkomórkowym (26). Defensyny tworz¹ podstawowy system ochrony organizmu. a-defensyny, zwane równie defensynami klasycznymi, zidentyfikowano u ludzi oraz u wielu gatunków ma³ych ssaków, takich jak: króliki, œwinki morskie, szczury czy myszy. Natomiast b-defensyny dotychczas odkryto u ludzi, u du ych ssaków (byd³o, owce, kozy, œwinie) oraz u drobiu (5). Najwiêksz¹ rodzinê aktywnych peptydów przeciwdrobnoustrojowych stanowi¹ b-defensyny. Geny tych peptydów zlokalizowano u ró nych ssaków na ekwiwalentnych chromosomach, tj. u byd³a na chromosomie 27, u cz³owieka na 8p, z którym 27 chromosom bydlêcy ma wiele fragmentów homologicznych (18), zaœ u owiec na 26, podobnym do 27 chromosomu byd³a (13). Gen b-defensyny œwiñ zlokalizowano na chromosomie 15, który jest ekwiwalentny do ludzkiego chromosomu 8 (28). Pierwsz¹ b-defensyn¹ znalezion¹ u ssaków by³ peptyd TAP (tracheal antimicrobial peptide) wyizolowany przez Diamonda w 1991 r. z bydlêcej tkanki nab³onkowej tchawicy (6). Najwiêksz¹ ekspresjê TAP wykazano w b³onie œluzowej tchawicy, natomiast nie stwierdzono jej obecnoœci w jajowodach, jelicie cienkim i zarodkach u krów w dwu ró nych stadiach rozwoju: 4. i 6. miesi¹cu ci¹ y. W badaniach in vitro peptyd ten wykaza³ w³aœciwoœci bakteriobójcze w stosunku do bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych oraz siln¹ aktywnoœæ przeciwko dro d om Candidia albicans. Pierwsze b-defensyny u ludzi odkryte zosta³y 1995 r. (HBD-1) oraz 1997 r. (HBD-2). Obecnie znane s¹ cztery ludzkie b-defensyny nab³onkowe (26). Ekspresja HBD-1 zosta³a stwierdzona w hodowlach ludzkich komórek nab³onkowych, wyprowadzonych z tchawicy, oskrzeli, dróg oddechowych, gruczo³u sutkowego, przyusznicy, b³ony œluzowej policzków, jêzyka i dzi¹se³. Ponadto stwierdzono jej ekspresjê w jelicie cienkim, trzustce, nerkach, prostacie, j¹drach, pochwie, macicy, jajowodach, ³o ysku i grasicy. Stwierdzona zosta³a równie silna ekspresja tej defensyny w nab³onku gruczo³u sutkowego kobiet (27). Dzia³anie jej skierowane jest przeciwko bakteriom Gram-ujemnym (21). HBD-2 wyizolowana zosta³a pierwotnie ze skóry z ³uszczycowymi zmianami chorobowymi. Nastêpnie jej ekspresjê stwierdzono równie w keratynocytach, b³onie œluzowej dzi¹se³ i nab³onku tchawicy oraz w zainfekowanym nab³onku p³uc u pacjentów z mukowiscydoz¹ (19). Podczas gdy defensyna HBD-1 jest produkowana konstytutywnie, poziom HBD-2 wzra-

3 Medycyna Wet. 2007, 63 (7) 765 sta przy stanach zapalnych (21). Jej dzia³anie jest skierowane przede wszystkim przeciwko bakteriom Gram- -ujemnym oraz dro d akom (11). Siln¹ ekspresjê HBD-3, indukowan¹ przez cytokiny, stwierdzono w keratynocytach i migda³kach, natomiast s³ab¹ w nab³onku dróg oddechowych, przewodzie pokarmowym i drogach moczowo-p³ciowych (9, 11). Garcia i wsp. (9) stwierdzili ponadto jej ekspresjê w leukocytach, miêœniu sercowym i miêœniach szkieletowych. Podobnie jak w przypadku dwóch wy ej wymienionych ludzkich defensyn, dzia³anie HBD-3 jest skierowane przeciwko bakteriom Gram-ujemnym i dro d akom Candidia albicans. Ponadto defensyna ta niszczy bakterie Gram-dodatnie (np. Streptococcus pyogenes lub S. aureus), ³¹cznie z wieloopornymi szczepami S. aureus, jak równie oporn¹ na wankomycynê Enterococcus faecium (9, 11). Gen ludzkiej b-defensyny-4 (HBD-4) koduje 72 aminokwasowy prepropeptyd (21). Defensyna ta jest tylko w 20-25% identyczna z HBD-1, HBD-2 lub HBD-3 (17). Najwy sz¹ ekspresjê tej defensyny stwierdzono w j¹drach i zatoce o³¹dka, ni sz¹ zaœ, konstytutywn¹ ekspresjê w neutrofilach oraz nab³onku tarczycy, p³ucach, macicy i nerkach (17, 21). W 1993 r. Selsted i wsp. (23) przedstawili charakterystykê trzynastu strukturalnie homologicznych peptydów, nale ¹cych do grupy b-defensyn, wyizolowanych z bogatych w granule cytoplazmatycznych frakcji neutrofili krwi bydlêcej. Antybakteryjn¹ aktywnoœæ tych kationowych peptydów wykazano w warunkach in vitro. Spoœród tych 13 peptydów najlepiej poznane s¹ b-defensyny 4 i 5 (BNBD-4 i BNBD-5). Wykazano siln¹, konstytutywn¹ ekspresjê wymienionych defensyn w alweolarnych makrofagach byd³a. Niewielk¹ ekspresjê BNBD-4 oraz dwu innych z grupy trzynastu defensyn, tj. BNBD-3 i BNBD-9 wykryto w koñcowej czêœci jelita cienkiego, a ekspresjê BNBD-3 i BNBD-9 w szpiku kostnym (25). Badania przeprowadzone w IGHZ PAN w Jastrzêbcu wskazuj¹ na ekspresjê genu BNBD-4 równie w komórkach somatycznych mleka (4). Kolejn¹ bydlêc¹ defensynê LAP (lingual antimicrobial peptide jêzykowy peptyd przeciwdrobnoustrojowy) zidentyfikowano w komórkach nab³onkowych jêzyka i tchawicy (22). Nisk¹ ekspresjê tego genu stwierdzili w koñcowej czêœci jelita cienkiego Tarver i wsp. (25). Wyniki badañ Schonewettera i wsp. (22) wskazuj¹, e ekspresja tego peptydu w nab³onku jêzyka jest indukowana przede wszystkim w miejscach zranienia. Wysoki poziom ekspresji genu LAP stwierdzono w podniebieniu, prze³yku, o³¹dku, okrê nicy, odbytnicy, nozdrzach, tchawicy, spojówkach i skórze. O ekspresji tego genu w nab³onku walcowatym krypt jelitowych, oponach i splocie naczyniówkowym mózgu, ³o ysku, a ponadto w korze mózgowej i mó d kowych komórkach Purkinjego œwiadczy równie obecnoœæ matrycowego RNA (mrna). Wy sz¹ ekspresjê LAP w tkankach jelita biodrowego wykazano u krów zaka onych Mycobacterium paratuberculosis w porównaniu z poziomem ekspresji u zdrowych zwierz¹t. Podobn¹ ró nicê w ekspresji genu LAP stwierdzono w nab³onku oskrzeli ciel¹t zaka onych Pasteurella haemolytica w porównaniu ze zdrowymi. Równie tkanki krów z BLAD (bovine leukocyte adhesion deficiency), inokulowane P. haemolytica, wykazywa- ³y wzrost ekspresji genu LAP w nab³onku oskrzeli i gruczole podœluzówkowym, w porównaniu ze zdrowymi tkankami (24). Siln¹ ekspresjê tego genu wykazano równie w zaka onej tkance gruczo³owej wymienia krów oraz w komórkach somatycznych mleka (4). Z bydlêcych alweolarnych makrofagów oraz jelita grubego wyizolowano b-defensynê enteric (produkt genu EBD1). Wysoki poziom ekspresji tej defensyny w koñcowej czêœci jelita cienkiego i okrê nicy wykazali Tarver i wsp. (25). Ponadto zaka enie ciel¹t pierwotniakami Cryptosporidium parvum spowodowa³o 5- i 10-krotny wzrost iloœci matrycowego RNA defensyny EBD w tkankach jelit w stosunku do ekspresji u zwierz¹t kontrolnych. W badaniach w³asnych wykazano ekspresjê b-defensyny enteric w komórkach somatycznych mleka, zarówno krów zdrowych, jak i z klinicznymi objawami mastitis (4). U owiec zidentyfikowano dwie b-defensyny nazwane: SBD-1 i SBD-2 (12, 13). Podobieñstwo sekwencji nukleotydowych ich genów wynosi 87%, natomiast podobieñstwo sekwencji reszt aminokwasowych 78%. Zró nicowasny poziom ekspresji obu defensyn owczych stwierdzono w tkankach nab³onkowych. U jednych zwierz¹t najsilniejsz¹ ekspresjê defensyn stwierdzono w przed o³¹dkach, natomiast u innych w jelicie cienkim lub grubym. W yciu poza p³odowym najsilniejsza ekspresja w przypadku wacza wyst¹pi³a w tygodniu ycia. Badania prowadzone podczas ci¹ y wykaza³y istotne ró nice w poziomie ekspresji pomiêdzy zwierzêtami, jak i pomiêdzy ró - nymi okresami ci¹ y, z tendencj¹ jednak do najwy - szej ekspresji w trzecim trymestrze ci¹ y. Przy analizowaniu ekspresji w poszczególnych tkankach najsilniejsz¹ ekspresjê defensyny SBD-1 wykazano w tkance nab³onkowej jêzyka i jelita grubego, a nastêpnie tchawicy, zaœ nieco ni sz¹ w tkance nab³onkowej wacza, czepca i ksi¹g. W jelicie cienkim nie stwierdzono jej ekspresji. Transkrypty genu SBD-2 wykryto jedynie w jelicie cienkim i grubym. Ekspresji obu defensyn nie stwierdzono w podniebieniu, œledzionie, sercu i w¹trobie (12). U kóz wyizolowano dotychczas jedynie dwie b-defensyny GBD-1 i GBD-2. Ich prekursory prepro- GBD-1 i preprogbd-2 s¹ w 88,2% identyczne pod wzglêdem sk³adu aminokwasowego (ró nica 8 aminokwasów), natomiast sekwencja nukleotydowa koduj¹cych je genów jest identyczna w 96,8%. Ekspresjê defensyny GBD-1 stwierdzono w jêzyku, tchawicy, oskrzelach i p³ucach, podczas gdy GBD-2 w przewodzie pokarmowym, m.in. w o³¹dku, jelicie czczym, cienkim i grubym oraz odbytnicy (30). Anbu i wsp.

4 766 Medycyna Wet. 2007, 63 (7) (1) wykazali ich antybakteryjn¹ aktywnoœæ przeciwko bakteriom Gram-dodatnim (m.in. Streptococcus aureus), jak i Gram-ujemnym (m.in. Escherichia coli). W badaniach w³asnych najwiêksz¹ ekspresjê kozich b-defensyn stwierdzono w tchawicy, nieco mniejsz¹ w jêzyku, wymieniu i nerkach, a ca³kiem ma³¹ w rdzeniu krêgowym (3). Zró nicowany poziom ekspresji b-defensyn wykazano równie w komórkach mleka koziego (3, 4). U œwiñ pocz¹tkowo wyizolowano z nab³onka jêzyka jedn¹ b-defensynê PBD-1. Defensyna ta wykazuje aktywnoœæ przeciwko Escherichia coli, Salmonella typhimurin, Listeria monocytogenes i Candidia albicans. Istnieje prawdopodobieñstwo, e stanowi ona barierê przeciw drobnoustrojom w tkance nab³onkowej jamy gêbowej œwiñ. W procesach zapalnych i infekcji tkanki nab³onkowej jêzyka, tchawicy i jelita cienkiego wykazano konstytutywn¹ ekspresjê tej defensyny (28). Sang i wsp. (20) wykazali ekspresjê jeszcze jedenastu b-defensyn w ró nych tkankach u œwiñ: w w¹trobie, jelicie cienkim, p³ucach i szpiku kostnym, tkance limfatycznej, j¹drach, naj¹drzu, œledzionie, grasicy i skórze. U ptaków znaleziono dotychczas tylko peptydy z rodziny b-defensyn. Do nich nale ¹ cztery b-defensyny wystêpuj¹ce u kurcz¹t (GAL 1/CHP1, GAL1 a/chp2, GAL2 i GAL3) oraz cztery u indyków (THP1, THP2, THP3 i GPV-1). Defensynê GAL 3 (Gallinacynê-3) wyizolowano z nab³onka kurcz¹t (Gallus gallus). U zdrowych ptaków ekspresjê peptydu stwierdzono w jêzyku, torbie Fabrycjusza i tchawicy, jak równie w skórze, prze³yku, workach powietrznych, jelicie grubym i nerkach. Ekspresja GAL3 w tchawicy istotnie wzrasta³a w przypadku infekcji Haemophilus paragallinarun, natomiast w jêzyku, torebce Fabrycjusza i prze³yku pozostawa³a bez zmian (29). Peptydy znalezione u kurcz¹t: CHP 1 i 2, oraz u indyków THP1 wykazuj¹ antybakteryjn¹ aktywnoœæ przeciwko Staphylococcus aureus oraz Escherichia coli, natomiast THP2 i THP3 jedynie przeciwko S. aureus. Wymienione peptydy wykazuj¹ równie dzia³anie grzybobójcze. Nie wykaza³y natomiast aktywnoœci przeciwko wirusowi zakaÿnego zapalenia oskrzeli (7). Sposób dzia³ania wiêkszoœci peptydów antybakteryjnych polega na zwiêkszeniu przepuszczalnoœci b³on komórkowych. Stwierdzono podobieñstwo miêdzy dzia³aniem antybiotyków oraz antybakteryjnych peptydów, takich jak: defensyny, magainy, cekropiny, bakteneciny oraz dermaseptyny. Pierwszym stadium dzia- ³ania jest elektrostatyczna interakcja miêdzy kationowym peptydem i ujemnie na³adowan¹ b³on¹ komórkow¹ patogenów. St¹d te wzrost dodatniego ³adunku peptydów zwiêksza ich antybakteryjn¹ czy antywirusow¹ aktywnoœæ. W niektórych przypadkach jednak mniejsza kationowoœæ peptydu nie powoduje zmian jego aktywnoœci; tak jest w przypadku defensyny szczurzej z brakuj¹c¹ jedn¹ reszt¹ argininow¹. Znane s¹ równie przypadki, gdy zwiêkszenie dodatniego ³adunku peptydu powoduje obni enie jego aktywnoœci, jak to ma miejsce w przypadku wysoko kationowego analogu magainy. Na aktywnoœæ peptydów wp³ywa równie budowa b³ony komórkowej patogenu, np.: sk³ad fosfolipidów, zawartoœæ steroli, potencja³ b³ony, czy obecnoœæ polianionów (2). Pocz¹tkowo uwa ano, e g³ówna rola omawianych peptydów polega na niszcz¹cym dzia³aniu bakterii, wirusów czy grzybów. Obecnie wiadomo, e wiêkszoœæ tych substancji pe³ni tak e inne funkcje. Kamysz i wsp. (15) wymienia miêdzy innymi: hamowanie syntezy bia³ek b³on komórkowych, hamowanie syntezy DNA, aktywnoœæ przeciwnowotworow¹, stymulacjê proliferacji komórek, interferencjê ze szlakami wewn¹trzkomórkowego przekazywania sygna³ów (signalling pathways), chemotaksjê komórek odpornoœciowych, stymulacjê ekspresji cytokin oraz cz¹steczek adhezyjnych, wp³yw na angiogenezê i na transport chlorków. Czêsto rodzaj funkcji poszczególnych defensyn zale- y od ich koncentracji. W niskich stê eniach niektóre defensyny stymuluj¹ ekspresjê cz¹steczek adhezyjnych lub produkcjê cytokin. W miarê zwiêkszania siê ich stê enia peptydy te dzia³aj¹ jak czynnik chemotaktyczny dla komórek odpornoœciowych i staj¹ siê inhibitorami bia³kowej kinazy C. W wysokim stê eniu stymuluj¹ wzrost keratynocytów, lizê drobnoustrojów i komórek nowotworowych. Poza aktywnoœci¹ skierowan¹ przeciw drobnoustrojom, silna ekspresja niektórych peptydów z grupy defensyn podczas chronicznych b¹dÿ ostrych stanów zapalnych mo e byæ u yta do diagnozy i lokalizacji miejsc infekcji, a farmakologiczna regulacja ich ekspresji mo e byæ u yteczna w zapobieganiu i procesie leczenia choroby (24). Istnieje prawdopodobieñstwo, e defensyny mog¹ stymulowaæ równie póÿniejsze reakcje zwi¹zane z odpowiedzi¹ immunologiczn¹ (16). Przeciwdrobnoustrojowe peptydy, uczestnicz¹ce we wrodzonej odpornoœci organizmów s¹ antybiotykami nowej generacji, które mog³yby byæ prawdopodobnie u yte zarówno w profilaktyce, jak i w terapii (15). Wytwarzanie syntetycznych peptydów jest obiecuj¹c¹ strategi¹ do uzyskania nowej generacji leków o specyficznym dzia³aniu, które mog³yby mieæ zastosowanie zarówno w profilaktyce, jak i w terapii niektórych chorób. Wœród wielu zalet tej grupy peptydów na szczególn¹ uwagê zas³uguje szerokie spektrum ich aktywnoœci, natychmiastowe bójcze dzia³anie, aktywnoœæ fagocytarna, potencjalnie niski poziom wzbudzenia ewentualnej opornoœci mikroorganizmów oraz wspó³istnienie szerokiej aktywnoœci przeciwzapalnej. Do stron ujemnych mo na zaliczyæ wysokie koszty badañ naukowych d¹ ¹cych do zsyntetyzowania peptydów i opracowania sposobów ich os³ony przy podawaniu drog¹ pokarmow¹ lub pozajelitow¹, ewentualna toksycznoœæ ogólna lub miejscowa, os³abienie aktywnoœci peptydów przy zwiêkszonym stê eniu soli, wra liwoœæ na ph, podatnoœæ na proteolizê, wywo³ywanie ewentualnych uczuleñ po ponownym podaniu,

5 Medycyna Wet. 2007, 63 (7) 767 naturaln¹ opornoœæ niektórych szczepów bakterii, zak³ócenie funkcji biologicznych pacjenta (np. angiogeneza) i wreszcie wysoki koszt produkcji (10). Prawdopodobieñstwo ich wykorzystania w terapii ludzi czy zwierz¹t zwiêksza fakt, i opornoœæ bakterii na dzia³anie defensyn i innych aktywnych peptydów jest zjawiskiem rzadkim. W zwi¹zku z tym poznanie ka dego aspektu dotycz¹cego biologicznej aktywnoœci defensyn mo e przyczyniæ siê w przysz³oœci do rozwi¹zania wielu istotnych problemów zwi¹zanych z leczeniem wielu chorób u ludzi i zwierz¹t. Piœmiennictwo 1.Anbu K. A., More T., Kumar A.: Isolation and characterisation of cationic antibacterial proteins and peptides from goat tongue epithelium. Indian J. Anim. Sci. 2003, 73, Andreu D., Rivas L.: Animal antimicrobial peptides: An overview. Biopolymers (Peptide Sciences) 1998, 47, Bagnicka E., Flisikowski K., Strza³kowska N., Krzy ewski J., Prusak B., Sakowski T., Zwierzchowski L.: Expression level of goat beta-defensin genes in different goat tissues and in somatic cells of goat milk preliminary study. XI Baltic Animal Breding and Genetics Conference, May 2005, Palanga, Lithuania 2005, Bagnicka E., Szreder T., Strza³kowska N., Krzy ewski J., Zwierzchowski L.: Ekspresja defensyn w komórkach mleka kóz i krów w powi¹zaniu ze stanem zdrowia wymienia. Sympozjum Sprawozdawcze: Molekularne i fizjologiczne aspekty rozrodu i ywienia zwierz¹t, Jab³onna , 2. 5.Brogden K. A., Ackermann M., McCray Jr. P. B., Tack B. F.: Antimicrobial peptides in animals and their role in host defence. Int. J. Antimicrob. Agents. 2003, 22, Diamond G., Zasloff M., Eck H., Brasseur M., Maloy W. L., Bevins C. J.: Tracheal antimicrobial peptide, a novel cysteine-rich peptide from mammalian tracheal mucosa: Peptide isolation and cloning of a cdna. Proc. Natl Acad. Sci. USA 1991, 88, Evans E. W., Beach F. G., Moore K. M., Jackwood M. W., Glisson J. R., Harmon B. G.: Antimicrobial activity of chicken and turkey heterophil peptides CHP1, CHP2, THP1, and THP3. Vet. Microbiol. 1995, 47, Ganz T.: Defensins: antimicrobial peptides of vertebrates. C. R. Biol. 2004, 327, Garcia J. R., Jaumann F., Schulz S., Krause A., Rodriguez-Jimenez J., Forssmann U., Adermann K., Kluever E., Vogelmeier C., Becker D., Hedrich R., Forssmann W.-G., Bals R.: Identification of a novel, multifunctional b-defensin (hbd-3) with specific antimicrobial activity: its interaction with plasma membranes of Xenopus oocytes and the induction of macrophage chemoattraction. Cell Tissue Res. 2001, 306, Gordon Y. J., Romanowski R. G., McDermott A. M.: A review of antimicrobial peptides and their therapeutic potential as anti-infective drugs. Curr. Eye Res. 2005, 30, Harder J., Bartels J., Christophers E., Schroeder J. M.: Isolation and characterisation of human b-defensin-3, a novel human inducible peptide antibiotic. J. Biol. Chem. 2001, 276, Huttner K. M., Bresinski-Caliguri D. J., Mahoney M. M., Diamond G.: Antimicrobial peptide expression is developmentally regulated in the ovine gastrointenstinal tract. J. Nutr. 1998a, 128, 297S-299S. 13.Huttner K. M., Lambeth M. R., Burkin H. R., Burkin D. J., Broad T. E.: Localization and genomic organization of sheep antimicrobial peptide genes. Gene 1998b, 206, Kaiser V., Diamond G.: Expression of mammalian defensin genes. J. Leukoc. Biol. 2000, 68, Kamysz W., Okrój M., ukasiak J.: Novel properties of antimicrobial peptides. Review. Acta Biochim. Pol. 2003, 50, Lehrer R. I., Ganz T.: Antimicrobial peptides in mammalian and insect host defence. Cur. Opin. Immunol. 1999, vol. 11, Lehrer R. I., Ganz T.: Defensins of vertebrate animals. Cur. Opin. Immunol. 2002a, 14, Liu L., Zhao C., Heng H. Q., Ganz T.: The human b-defensin-1 and a-defensin are encoded by adjacent genes: two peptide families with differing disulfide topology share a common ancestry. Genomics 1997, 43, Mathews M., Jia H. P., Githmiller J. M., Losh G., Graham S., Johnson G. K., Tack B. F., McCray P. B. Jr.: Production of b-defensin antimicrobial peptides by the oral mucosa and salivary glands. Infect. Immun. 1999, 67, Sang Y., Patil A. A., Zhang G., Ross C. R., Blecha F.: Bioinformatic and expression analysis of novel porcine beta-defensin. Mamm. Genome 2006, 17, Schneider J. J., Unholzer A., Schaller M., Schaefer-Kortig M., Kortig H. C.: Human defensins. J. Mol. Med. 2005, 83, Schonewetter B. S., Stolzenberg E. D., Zasloff M. A.: Epithelial antibiotics induced at sites of inflammation. Scien. 1995, 267, Selsted M. E., Tang Y. Q., Morris W. L., McGuire P. A., Novotny M. J., Smith W., Henschen A. H., Cullor J. S.: Purification, promary structures, and antibacterial activities of b-defensins, a new family of antimicrobial peptides from bovine neutrophils. J. Biol. Chem. 1993, 268, Stolzenberg E. D., Anderson G. M., Ackermann M. R., Whitlock R. H., Zasloff M.: Epithelial antibiotic induced in states of disease. Proc. Natl Acad. Sci. USA 1997, 94, Tarver A. P., Clark D. P., Diamond G., Russell J. P., Erdjument-Bromage H., Tempst P., Cohen K. S., Jones D. E., Sweeney R. W., Wines M., Hwang S., Bevins C. L: Enteric b-defensin: Molecular cloning and characterisation of a gene with inducible intenstinal epithelial cell expression associated with Cryptosporidium parvum infection. Infect. Immun. 1998, 66, Tran D., Tran P. A., Tang Y.-Q., Yuan J., Cole T., Selsted M. E.: Homodimeric q-defensyns from Rhesus macaque leucocytes. J. Biol. Chem. 2002, 277, Tunzi C. R., Harper P. A., Bar-Oz B., Valore E. V., Semple J. L., Watson- -MacDonell J., Ganz, Ito S.: Beta-defensin expression in human mammary gland epithelia. Pediatr. Res. 2000, 48, Zhang G., Hiraiwa H., Yasue H., Wu H., Ross C. R., Troyer D., Blecha F.: Cloning and characterisation of the gene for a new epithelial b-defensin. J. Biochem. Chem. 1999, 274, Zhao C., Nguyen T., Liu L., Sacco R. E., Brodgen K. A., Lehrer R. I.: Gallinacin-3, an inducible epithelial b-defensin in the chicken. Infect. Immun. 2001, 69, Zhao C., Nguyen T., Liu L., Shamova O., Brodgen K., Lehrer R. I.: Differential expression of Caprine b-defensin in digestive and respiratory tissues. Infect. Immun. 1999, 67, Adres autora: dr Emilia Bagnicka, ul. Postêpu 1, Wólka Kosowska; E.Bagnicka@ighz.pl