CC BY
73УДК 663.11:543.645.6:628.355.2
НЕРИБОСОМАЛЬНЫЕ ПЕПТИДЫ ГРИБОВ: БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ И ИХ ПЕРСПЕКТИВЫ В МЕДИЦИНЕ
1Куварина А.Е. (м.н.с.)*, 2Кураков А.В. (зав. кафедрой), 1 садыкова В.с (в.н.с.), Громовых т.и. (профессор кафедры)
1 Научно-исследовательский институт по изысканию новых антибиотиков имени Г.Ф. Гаузе РАН; 2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (биологический факультет, кафедра микологии и альгологии); 3 Первый московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (кафедра биотехнологии), Москва, Россия
©Коллектив авторов, 2016
Обзор посвящен изучению нерибосомальных пептидов грибов, механизму их действия и биологической активности. Приведены данные по описанию новых нерибосомальных пептидов грибов за последние 10-15 лет, а также результаты исследований, касающиеся механизма их действия.
Ключевые слова: биологическая активность, грибы, нерибосо-мальные пептиды
NON-RIBOSOMAL PEPTIDES OF FUNGI: BIOLOGICAL ACTIVITY AND THEIR FUTURE POTENTIAL IN MEDICINE
1Kuvarina A.E. (junior scientific collaborator), 2Kurakov A.v. (head of the chair), 1sadykova v.s. (leading scientific collaborator), 3Gromovykh T.i. (professor of the chair)
1 G.F. Gauze Research Institute to Find New Antibiotics of RAS;
2 M.V. Lomonosov Moscow State University (faculty of biology, chair of mycology and algology); 3 I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (chair of biotechnology), Moscow, Russia
©Collective of authors, 2016
The review is concerned to investigation of non-ribosomal peptides of fungi, mechanism of their biosynthesis and biological activity. The data of the new non-ribosomal peptides of fungi for the last 10-15 years, as well as the results of studies concerning their mechanisms of action have been described.
Key words: biologically activity, fungi, non-ribosomal peptides
Контактное лицо: Куварина Анастасия Евгеньевна, e-mail: nastena.lysenko@mail.ru
Нерибосомальные пептиды грибов (НП) - соединения, синтез которых осуществляется энзиматически-ми комплексами без участия рибосом, разнообразны по химической структуре и биологическим свойствам [1-2]. Эти пептиды являются вторичными метаболитами, образуются в стадии идиофазы, когда прекращается активный рост гриба, или при создании специфических условий культивирования - добавлении предшественников. Интерес к ним резко возрос в последнее время в связи с перспективами использовать их для разработки лекарственных препаратов нового поколения [1, 3]. Эти пептиды рассматривают в качестве молекул-кандидатов, с помощью которых можно преодолеть устойчивость к антибиотикам у патогенных микроорганизмов, вирусов и раковых клеток.
Классификация этих соединений основана на пространственной структуре пептидов. Биологически активные пептиды обладают составом со сложной архитектурой, включающим разветвленные циклические структуры и линейные молекулы, содержащие модифицированные кодируемые или нестандартные аминокислотные остатки [2-4]. Для их описания даны физико-химические характеристики, источник происхождения, размер молекулы, первичная структура, тип биологической активности, механизм действия и синтеза.
В настоящей статье обобщены данные об открытых в последние два десятилетия биологически активных нерибосомальных пептидах грибов, рассмотрены особенности их механизмов действия на организмы и возможное применение в фармацевтике.
Грибные НП воздействуют на прокариотические и эукариотические клетки, вирусы и многие биохимические процессы в клетке, проявляют гемолитическую активность. Поэтому среди них обнаружены различные практически значимые соединения - противоопухолевые, антивирусные, активные против определенных групп бактерий и грибов, насекомых, иммуносу-прессоры и иммуномодуляторы.
Общая особенность этих пептидов, для которых используют также термин антимикробные пептиды (АМП), обусловлена их воздействием на клеточные мембраны. В присутствии липидной мембраны они преимущественно образуют амфифильную структуру, в которой заряженные (полярные) и гидрофобные группы пространственно разделены. Специфичность их действия, как правило, определяется липидным составом мембраны. Одни из них проникают в мембраны и вызывают их разрушение за счет уменьшения ее толщины, связываясь с фосфолипидами, приводят к изменению трансмембранного электрохимического потенциала и оттоку жизненно необходимых для клетки ионов [3, 5].
В состав бактериальных мембран входит большое количество отрицательно заряженных фосфолипидов (например, фосфатидилэтиленамид у грамотрицатель-ных бактерий или фосфотидилглицерин - у грампо-ложительных). Эукариотические мембраны содержат электронейтральные липиды, например, фосфатидил-холины и фосфатидилсерины. Таким образом, положительно заряженные, или катионные АМП селективно разрушают мембраны бактерий благодаря наличию отрицательного заряда на их поверхности. Молекулы таких пептидов легко проникают через внешнюю мем-
■
брану грамотрицательных бактерий, дестабилизируя ее путем замещения двухвалентных катионов, связанных с молекулами липидного бислоя. В результате на внешней мембране клетки образуются поры и вздутия, что позволяет большому количеству пептидов проникать внутрь к цитоплазматической мембране. При взаимодействии АМП с мембраной грамположительных бактерий важную роль в дестабилизации липидного бислоя играют и такие факторы, как концевые аминокислотные остатки пептидов, «мембранный ответ» (структурно-динамические изменения мембран), гетерогенность поверхностных свойств водно-липидного раздела и ряд других. Они обусловлены различиями аминокислотного состава пептидов и химического строения полярных головок липидов и являются молекулярной основой селективности мембранно-актив-ных пептидов (МАП) к различным типам мембран. Так, АМП-аламетицин проявляет активность в отношении многих прокариот, имеющих высокое содержание в мембранах фосфатидилэтиленамида, при гораздо более низких концентрациях, чем для эукариот [6].
Наибольшую активность наблюдают у структурированных а-спиральных пептидов с высоким суммарным положительным зарядом молекулы и выраженной амфифильностью (или амфипатичностью - для линейных молекул), однако увеличение этих параметров ведет к росту гемолитической активности и падению специфичности. Пептаиболы, например, формируют потенциал-зависимые ионные каналы в липидной двухслойной мембране с многоуровневой проводимостью и селективностью в отношении моновалентных катионов, что, в конечном итоге, приводит к гибели клетки за счет процесса необратимой односторонней проницаемости мембраны. Они вызывают связку гидрофобных трансмембранных спиралей вокруг центральной поры и формирование каналов [1-2]. Действие их зависит от пространственной конформации пептида, рН, фазового состояния, липидного состава мембраны и ряда других факторов. При сравнительном исследовании аламетицина, трихотоцина и анти-амебина по углу подъема витка спирали относительно основной цепи обнаружили, что от угла наклона витка спирали зависит их активность. Вышеупомянутые три пептаибола сильно различаются по углу наклона спирального витка к центральной оси (около 10° у трихо-тоцина, 30° - для аламетицина и почти 60° - для анти-амоебина). Эти особенности их строения существенно влияли на формирование ионных каналов и мембранных комплексов в липидном бислое клетки-мишени. Чем больше этот угол, тем выше была мембранная активность пептаибола [7]. При разрушении и частичном лизисе цитоплазматической мембраны пептаибо-лы способны вызывать ультраструктурные изменения уже внутри клетки. Так, клетки оху$ротиш, обработанные трихоконином из Тпскойетта р$еийокотщи 8ЫБ2 в концентрации 25 мМоль, через 16 часов были резко вакуолизированы, у митохондрий разрушена структурная организация крист. Этот пептаибол вызывал апоптоз клеток фитопатогенных грибов в концентрации 50 мМоль. Конечный результат действия всех АМП, при наличии некоторых отличий во взаимодействии с клетками-мишенями, проявляется в нарушении целостности и барьерной функции клеточной мембраны микроорганизма-мишени (пермеаби-
лизация) [8].
Циклические нерибосомальные пептиды с антимикробной активностью
У грибов преобладают циклопептиды и циклодеп-сипептиды, которые более устойчивы к физико-химическим воздействиям и гидролизу пептидазами, чем линейные пептиды. Важное свойство циклических пептидов - их большие возможности к конформаци-онным модификациям при взаимодействии с мишенью. Нарушение циклической структуры часто приводит к потере их биологической активности.
Среди циклических НП грибов есть широко применяемые в лечебной практике антибиотики и иммуно-супрессоры. Самые известные из них - циклоспорины и эхинокандины.
Циклоспорины - циклические полипептиды, состоящие из 11 аминокислотных остатков и образуемые мицелиальными грибами Tolypocladium infatum, Trichoderma polysporum, Cylindrocarpon lucidum. Впервые эти антибиотики были описаны в конце 70-х годов прошлого столетия. Представители этих видов образуют ряд близких по структуре циклоспоринов - ци-клоспорины А, В, С, .. ..U, V, W . Интерес к этой группе антибиотиков связан не с их антимикробной активностью, которая не столь высокая, а тем, что циклоспо-рины обладают специфическим иммуносупрессорным действием. Они специфически и обратимо ингибиру-ют G0 и G1 фазы клеточного цикла иммунокомпетент-ных лимфоцитов, особенно Т-хелперов, подавляют образование и выход из клеток интерлейкина-2 и его связывание со специфическими рецепторами, нарушают дифференцировку и пролиферацию Т-клеток, участвующих в отторжении трансплантата. Циклоспори-ны применяют при операциях по пересадке различных органов (для предотвращения отторжения трансплантата, лечения реакции отторжения), костного мозга (профилактика реакции отторжения, профилактика и лечение болезни «трансплантат против хозяина»), хроническом гломерулонефрите, сопровождающемся развитием нефротического синдрома, ревматоидном артрите с высокой степенью активности, псориазе, тяжелых формах атопического дерматита.
Иммунодепрессантные свойства циклоспорина впервые были обнаружены у почвенного изолята микроскопического гриба сотрудниками фирмы Сандос. Штамм был определен как Trichoderma polysporum Rifai, переопределен как Tolypocladium inflatum W. Gams и депонирован в коллекцию Департамента Сельского Хозяйства (США) под номером NRRL 8044. Несмотря на открытие и введение в практику новых иммуноде-прессантов, циклоспорины уже более 20 лет являются одними из наиболее распространенных препаратов иммуносупрессивной терапии при трансплантации органов [1-2].
Эхинокандины - циклические липопептиды с длинными остатками жирных кислот. Эхинокандины представляют собой N-ацетилированные водорастворимые липопептиды, ковалентно связанные с алифатическими радикалами, блокирующие синтез глюка-нов - компонентов клеточной стенки у грибов. Известные продуценты эхинокандинов: Glarea lozoyensis Bills & Pelaez - продуцент капсофунгина, Aspergillus aculeatus Iizuka - акулеоцина А, Zalerionar arboricola Buczacki - пневмокандина, Aspergillus syndosi var.
mulundesis -мулундокандина. Эхинокандины являются новым классом антимикотиков, блокирующих синтез (1,3)-Р-0-глкжана - структурного и функционального компонента клеточной стенки грибов. Спектр активности эхинокандинов составляют виды родов Aspergillus (включая штаммы, резистентные к амфоте-рицину В), Candida (в том числе изоляты, резистентные к флуконазолу и итраконазолу), Pneumocystis jiroveci. Эхинокандины обладают ингибирующим действием в отношении мицелиальных грибов родов Acremonium, Curvularia и Bipolaris, но не активны против представителей родов Cryptococcus, Scedosporium и Fusarium. Природные эхинокандины обладают сильным гемолитическим действием и высокотоксичны, поэтому их не применяют в медицине. На их основе создают менее токсичные химически модифицированные антимико-тики - капсофунгин и цилофунгин.
Помимо этих, применяемых в клинике НП, в настоящее время в разработке находятся несколько циклических пептидов, у которых установлена высокая фунгицидная, протозойная или цитотоксическая активности. Это, в первую очередь, такие соединения как психрофилин D, мулундокандин и дезоксимулундо-кандин, ауреобазидин A, акремолиды, альтернарамид, склеротиды, цикадапептины и некоторые другие [8, 9].
Психрофилин D - циклический нитропептид, в состав цикла входят триптофан, антраниловая кислота; а-аминная группа триптофана превращена в нитро-группу. Его синтез обнаружен у Penicillium algidum. Вещество активно против клеток лейкемии мышей Р388 [1].
Мулундокандин и дезоксимулундокандин - липо-циклопентапептиды, для которых характерно наличие необычных аминокислот в циклопентапептидах - Thr, Ser, 4-OH-Pro, 4-CH3-3-OH-Pro, 3,4-диокси-гомотиро-зина и 3-оксигомотирозина. Показано, что 12-метил-тетрадекановая кислота, входящая в состав молекулы этих антибиотиков, ацилирует свободную аминную группу и способствует вхождению молекулы внутрь микробной клетки [10, 11].
Ауреобазидин A - циклический депсипептид, который состоит из 8 L-аминокислот, связанных через оксикислоту в кольцевую структуру. Его продуцирует Aureobasidium pullulans, и это соединение активно ин-гибирует виды рода Candida и Histoplasma capsulatum. Особую перспективность для медицины ауреобазиди-на A связывают с его эффективным действием в отношении Toxoplasma gondii.
Линейные нерибосомальные пептиды с антимикробной активностью
Линейные нерибосомальные пептиды грибов подразделяют на имеющие конформацию а-спирали и пептиды с повышенным содержанием в своем составе той или иной аминокислоты (обогащенные пролином, триптофаном или гистидином). Амфифильный характер линейных пептидов способствует такой взаимосвязи с мембранами, при котором полярные участки пептида взаимодействуют с полярной «головкой» фос-фолипида, а гидрофобные участки пептида - с жирно-кислотными остатками мембраны путём гидрофобных взаимодействий.
Представители рода Tolypocladium продуцируют эфрапептины, проявляющие широкий спектр биологической активности. Так, штамм Tolypocladium niveum
var. inflatum, изолированный из образца ила Японского моря (побережье Японии), синтезирует линейный пентадекапептид эфрапептин J. Этот пептид дозоза-висимо ингибировал 2-деоксиглюкозо-индуцируемую экспрессию люциферазы в клетках HT1080 (фибро-саркома человека). Эфрапептин J блокировал экспрессию GRP78 в клетках HT1080 и MKN-74 (рака желудка человека) и индуцировал апоптоз в клетках HT1080 [180]. Ряд эфрапептинов является ингибиторами ми-тохондриальной АТФ-азы, F0F1 некоторых бактериальных синтаз ATP и фотофосфорилирования в растениях. Противопаразитарная активность в отношении Trypanosoma связана с нарушением митохондриально-го мембранного потенциала и митохондриальной F0F1 АТФазы паразита [9].
Интеграмиды А и В синтезируют многие виды гипокрейных грибов. Продуценты интеграмида А часто обнаруживали среди представителей рода Dendrodochium. С помощью геномодифицированных штаммов E. coli был синтезирован ряд аналогов диа-стереомерных интеграмидов A, содержащих пролины вместо гидроксипролина. Интеграмин А имеет амино-изомасляную кислоту в положении 8, а интеграмид В -изовалин. С-концевой аминокислотный остаток представляет собой свободный карбоксил, а N-концевой ацетилирован. Интеграмиды секретируются продуцентами в культуральную жидкость [Singh A., et al. // Organic letters. - 2002. - Vol. 4, №9]. Интерес к этим соединениям связан, в первую очередь, с их противовирусной активностью. В 2010 г. они вошли в список потенциальных перспективных противовирусных соединений для лечения ВИЧ-инфекций, рекомендуемых для доклинических исследований в США. Инте-грамиды ингибируют ВИЧ-интегразу - один из ключевых ферментов для ингерации ВИЧ в геном хозяина и сборки провирусной ДНК. Подавление интегразы ведет к эффективной блокировке репликации ВИЧ в клетке, а сам фермент представляет собой безопасную мишень.
Энтомопатоген Cordyceps heteropoda синтезирует цикадапептиды I и II с противовирусной (вирус табачной мозаики), антибактериальной (в отношении Bacillus cereus, Escherichia coli) и фунгицидной (к Botrytis cinerea и Fusarium oxysporum) активностями.
Пептаиболы представляют широкую группу линейных пептидов. Впервые образование соединения из класса пептаиболов - аламецина обнаружили у штамма Trichoderma viride F30. На сегодняшний день известно, что аламецин является смесью из 12 близкородственных пептаиболов, которые синтезируются, в основном, почвенными аскомицетами и их анамор-фами из родов Trichoderma, Emericellopsis, Fusarium. У сапротрофных микромицетов синтез таких пептидов связан с механизмами антагонизма, а у фитопатоген-ных грибов они играют роль сигнальных молекул. Сравнительно недавно появились сведения о выделении пептаиболов с антимикробной и противоопухолевой активностями из морских грибов-паразитов. К настоящему времени в базе пептаиболов имеются сведения о 1043 соединениях, из которых более 600 - обнаружены у видов триходерм [12].
Пептаиболы содержат высокое количество а-аминоизомасляной кислоты и не протеиноген-ных аминокислотных остатков, таких как L- и
D-изовалин, цис- и транс-4^-гидроксипролин, цис-4-L-метилпролин, в-гидрокси^-лейцин, в-аланин, L-пипеколиновая кислота, а-этилнорвалиновая и 2-амино-4-метил-6-гидрокси-8-оксоиканоиновая кислота. Перспективность исследования пептаиболов обусловлена тем, что к ним практически не возникает резистентность у клеток-мишеней [13].
Зервамицин IIB - наиболее изученный из пеп-таиболов, в настоящее время его внедряют в клиническую практику. Его продуцирует Emericellopsis salmosynnemata, и он, как и многие линейные полипептидные антибиотики, способен образовывать потенциал-зависимые ионные каналы в мембране клеток. Согласно существующим моделям, каналы формируются из агрегатов молекул зервамицина, стабилизированных водородными связями между остатками Gin и Hyp.
Для видов рода Trichoderma характерны пептаибо-лы, состоящие из 7-20 остатков аминокислот (обычно 18-20) с пролином по центру, имеющие характерную ацетилированную N-концевую аминогруппу и C-концевой остаток, восстановленный до аминоспир-та (например, фенилаланинол, лецинол или валинол), и высокое содержание 2-амино-изобутирата. Их синтез катализируется доменной нерибосомальной пептидной синтетазой (NRPSs). При геномном сиквиенсе трех штаммов рода Trichoderma из главных групп продуцентов пептаиболов выявили присутствие до трех типов NRPSs для синтеза пептидов с 7-14 или 18-20 аминокислот.
Пептаиболы, продуцируемые штаммами рода Trichoderma, объедены в 1, 4, 5 и 9 подгруппы. Подгруппа 1 (SF1) включает приблизительно половину всех известных пептаиболов с 18-20 остатками аминокислот, часть из которых у них сходная. Штаммы T. harzianum/Hypocrea lixii продуцируют, в основном, трихозин HA, MA и PA, триховирин II, трихотоцин и трихокиндин; Hypocrea atroviridis - гипомуразин B; T. asperellum - трихотоцин и трихостроматицин; все это соединения из 18 аминокислот. T. stromaticum и T. strigosum синтезируют пептаиболы из 19 аминокислот - триконингин, трихостригоцин и трихолонгин (Neuhof et al., 2007). Из T. reesei /Hypocrea jecorina, T. longibrachiatum, T. citrinoviride, T. pubescens и T. strictipile был выделен парацелзин, из T.longibrachiatum и T. ghanense - лонгибрахнин, из T. hamatum, H. atroviridis и T. brevicompactum - аламетицин, пептаиболы, содержащие по 20 остатков аминокислот.
Подгруппа 4 объединяет пептаиболы, содержащие 11 или 14 аминокислотных остатков. Большинство пептаиболов из этой подгруппы содержат 11 аминокислотных остатков: триховерин - из T. viride, трихор-зин и харзианин HBI - из T. harzianum /H. lixii, харзи-анин HKVI - из T. pseudokoningii, гипомурацин A - из H. atroviridis и трихофумин A и B - из Trichoderma spp.
Подгруппа 5 содержит пептиды из 11 аминокислотных остатков, подгруппа 9 - из 7 остатков, но из-за липофильных характеристик N-концевой группы их называют липопептаиболы. T. longibrachiatum (трихо-гин), T. koningii (триконингины), T. polysporum (трихо-полины) и T. viride (триходеценины) продуцируют эти группы. С-концевая точка пептаиболов может быть аминоспиртом - лейцинолом (Lol), фенилаланиолом (Phol) и валинолом (Vol). С-концевой аминокислотный
остаток у других пептабиолов может быть амином, амидом, свободной аминокислотой, 2,5-диоксопипе-разином или сахарным спиртом. Наиболее известные из них: трихогнин, триконингин и триходеценин - из T. longibrachiatum, T. koningii и T. viride, липостригоцин
- из T. strigosum и T. pubescens. Подгруппа 9 содержит всего несколько пептаиболов, например, трихополин из T. polysporum [12-14].
Пептаиболы эффективно ингибируют грамполо-жительные бактерии и дрожжи, могут активировать защитные механизмы у растений. Пептаибол трихоко-нин из T. pseudokoningii SMF2, активирует антибиотическую активность в отношении грибных патогенов у растений. Трихоконин IV (TKVI) индуцирует обширный апоптоз у F. oxysporum. Обработка растений табака пептаиболами повышала их устойчивость к вирусу табачной мозаики [13].
Показано, что пептаиболы оказывают схожее с кальцитонином (гормоном, секретируемым щитовидной железой) действие на систему гемостаза в ответ на повышение уровня кальция в крови. Пептаиболы T. polysporum - трихоспорины B-VII и B-VIIb проявляют антитрипаносомазную активность, в частности, к Trypanosoma bruceibrucei.
В последние годы большой прогресс был сделан в понимании биологической активности и установлении структуры пептаиболов. Для определения их аминокислотной последовательности использовали современные методы - CID-MS, LC-ESI-MS и IC-MALDI-TOF-масс-спектрометрии [12]. В результате была создана детальная база данных пептаиболов - http://www. cryst.bbk.ae.uk/peptaibol.
Во множестве работ, посвященных пептаиболам, показано, что эти пептиды обладают ценными лечебными свойствами. Они препятствуют репликации оболочек вирусов гриппа А, везикулярного вируса стоматита, ВИЧ, формированию ß-амилоидных пептидов в культуре клеток коры головного мозга свиней, способствуют заживлению ран.
Нами была изучена антибиотическая активность 48 штаммов рода Trichoderma и выявлен штамм Trichoderma citrinoviride ВКПМ F-1228, обладающий широким спектром антимикробной активности в отношении Staphylococcus aureus, Candida albicans, Aspergillus niger и других видов аспергиллов [15]. В качестве основного действующего вещества был идентифицирован комплекс мембрано-активных пептидов
- пептаиболов, синтез которых сопряжен со стадией образования спор в культуре и интенсивным кониди-егенезом. Было выделено 4 индивидуальные соединения из группы пептаиболов, которые проявляли анти-микотическую активность на условно-патогенных грибах, бактериях и на клинических штаммах аспер-гиллов. Они ингибировали рост патогенных изолятов A. ochraceus 497М и A. niger 646М - возбудителей брон-холегочного аспергиллеза, которые были резистентны к амфотерицину В. При сравнении по базе данных спектра биологической активности и молекулярных масс этих соединений с характеристиками известных пептаиболов одно вещество было отнесено к трихор-зину. Четыре других соединения не удалось отнести к известным пептаиболам, но они также могут быть из данной группы перспективных для применения в медицине биологически активных веществ [16].
Биотехнология нерибосомальных пептидов грибов и их потенциал в фарминдустрии
Большинство производимых фармацевтической промышленностью антибиотиков, начиная с 50-хх гг. прошлого века и до последнего десятилетия, в основном являются полусинтетическими производными природных веществ. За этот период достигнуты крупные успехи в лечении широкого спектра инфекционных заболеваний. С 1980 г. ежегодно регистрируют только около 20 новых антибиотических препаратов, и это число остается постоянным, несмотря на большую потребность в таких лекарствах и обнаружение множества новых активных природных соединений [1, 17-19].
В последние годы фармацевтические компании ориентированы на исследование веществ с молекулярной массой не выше 1500 Да. Это обусловлено тем, что их удобно химически модифицировать и получать на их основе лекарства, применяемые перорально. В эту группу биологически активных соединений попадают и мембранно-активные нерибосомальные пептиды с невысокой молекулярной массой (табл. 1).
Таблица 1.
Перспективные для создания новых лекарственных
препаратов антимикробные пептиды грибного происхождения
Пептид Продуцент Механизм действия МПК in vitro (мг/мл) Патогенные организмы - мишени
Акулеацин A. aculeatus синтез гли-канов 0,2 C. albicans
Ауреобази-дин A.pullulans блокирует белок актин 0,5 C. neoformans, T. gondii
Гелиоферин M. rosea неизвестен 5,0 C. albicans
Лейциноста-тин A P.lilacinum неизвестен 0,5 C. neoformans
Мулунокан-дин A.syndowy синтез гли-канов 31,3 A. niger
Трихополин T. polysporum неизвестен 0,8 C. albicans
Зервами-цин IIB E. salmosynnemata проницаемость мембраны 0,7 - 0,9 S. aureus
Интерес к ним вызван их довольно высокой специфичностью и способностью эффективного действия на резистентные к антибиотикам клетки, структурное и функциональное разнообразие. Пептидные антибиотики и иммуносупрессоры из грибных продуцентов, открытые в 70-80-е гг. прошлого столетия, успешно применяют в клинике уже более 20 лет.
Успехи в изучении механизма биосинтеза и биологической активности нерибосомальных пептидов пробудили генно-инженерный интерес перепрограммировать НРПС (нерибосомная пептидная синтетаза) на получение новых пептидов, более эффективных по фармакологическим показателям. Предполагают несколько стратегий генетических манипуляций с целью изменения субстратной специфичности домена А, замены целых модулей. Для этого используют разнообразные методы генной инженерии: модульный обмен с участием плазмид, диффузию модульных белков, хемоэнзиматический биосинтез с использованием ци-клаз, мутагенез, блокирующий некоторые энзимати-ческие пути. Однако достижение высокой экспрессии специфических генов в клетке не всегда коррелирует с уровнем накопления соответствующих пептидов, уровень экспрессии которых также зависит от белков-регуляторов [18, 19]. Сейчас разрабатывают ряд интересных новых генно-инженерных технологий получения активных пептидов грибов посредством белкового
сплайсинга и перепрограммирования генетического кода [17, 18].
Особый интерес в медицине за последние два десятилетия вызывает исследование пептидов в качестве потенциальных геропротекторов, основанных на биорегуляции клеточных процессов, ассоциированных с молекулярными аспектами старения организма. Данные пептиды могут быть рассмотрены в качестве регуляторных факторов, направленных на ряд молекулярно-генетических процессов, происходящих в соматических клетках организма (например, контролирование экспрессии генов, участвующих в клеточном делении), что, в конечном итоге, приводит к потенциальной задержке процесса естественного старения. Так, на базе Санкт-Петербургского Института биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН под руководством член-корр. РАН Р.Х. Хавинсона разработаны уникальные пептидные комплексы животного происхождения, направленные на лечение широкого спектра заболеваний, что для нашей страны является уникальным случаем успешного применения молекул данной группы в медицине и фармакологии. Другим примером эффективного применения препаратов на основе полипептидов является препарат с коммерческим названием «Кортексин», разработанный сотрудниками Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова (г. Санкт-Петербург) также совместно с Институтом биорегуляции и геронтологии. Основа этого соединения представляет собой комплекс нейропеп-тидов коры головного мозга свиней, обладающих но-отропным действием и обеспечивающих активацию функций коры головного мозга (в том числе мозгового кровообращения), восстановлению нейронов и основных процессов центральной нервной системы. В качестве еще одного успешно используемого коммерческого препарата можно привести «Копаксон», выпускаемый израильской фармацевтической корпорацией «Teva Pharmaceutical Industries», который представляет собой ацетат глатимера - комплекса, состоящего из четырех L-изомеров глутамата, аланина, тирозина и лизина, обеспечивающих целенаправленное лечение рассеянного склероза.
Что касается фундаментальных и ориентированных исследований пептидов в Российской Федерации, то их проводят на базе института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН: поиск и исследование антимикробных пептидов и блокаторов болечувствительных рецепторов из ядов членистоногих и морских кишечнополостных (под руководством академика РАН Е.В. Гришина), разнообразных беспозвоночных (д.х.н. Т.В. Овчинникова), пресмыкающихся (член.-корр. РАН В.И. Цетлин); института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН: исследование антимикробных пептидов - факторов врожденного иммунитета культурных и дикорастущих растений к болезням (д.б.н., доцент Т.И. Одинцова); научно-исследовательского института физико-химической биологии и биотехнологии им. А.Н. Белозерского МГУ им. М.В. Ломоносова: поиск новых эффективных пептидных ингибиторов гидролитических ферментов, в том числе грибного происхождения (проф. М.А. Белозерский). На основании полученных в результате серий многолетних исследований данных создали основу для потенциального использования
многих соединений полипептидной природы в качестве перспективных антибиотиков и антимикотиков, природных болеутоляющих и иммуномодулирующих агентов. Важны исследования, направленные на поиск «эффекта синергизма» при применении одновременно нескольких пептидов. В этом случае мы имеем усиление антимикробного действия и снижение токсического эффекта от антибиотиков. Так, можно избежать гемолитического действия эхинокандинов из-за необходимости использовать их в высоких дозах для ингиби-рования возбудителей аспергиллезов, если, например, применять эхинокандин В совместно с цилофунгином
(продуцируется штаммом Aspergillus sp.) [17]. При совместном применении этих пептидных антибиотиков достигается необходимый терапевтический эффект при их низких концентрациях, которого нет при их раздельном применении.
ВЫВОДЫ
Биологически активные пептиды грибов являются важным ресурсом в получении новых продуктов медицинского назначения. Трудности внедрения новых антибиотиков на их основе связаны с низкой стабильностью, сложной и дорогостоящей химической очисткой или проведением модификаций.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Abid A., Bacha N., Ahmad B., et al. Fungi as chemical industries and genetic engineering for the production of biologically active secondary metabolites //Asian Pac. J. Trop. Biomed. - 2014. - Vol. 4, №11. - P. 859-870
2. Holt A., Killian J.A. Orientation and dynamics of transmembrane peptides: the power of simple models// Eur. Biophys. J. - 2010.
- Vol. 39. - P. 609-621.
3. Brakhage А. Regulation of fungal secondary metabolism //Nature Rev. Microbiology. - 2012. - P. 1-12
4. Nagaray G., Uma M. V. Shivayoigi M., S., Balaram H. Antimalarial activities of peptide antibiotics isolated from fungi // Antimicrob. Agents Chemotherapy. - 2009. - Vol. 45, №1. - P. 145-149.
5. Bocchinfuso G., Palleschi A., Orioni B., et al. Different mechanisms of action of antimicrobial peptides: insights from fluorescence spectroscopy experiments and molecular dynamics simulations // J. Pept. Sci. - 2009. - Vol. 15. - P. 550-558.
6. Holt A., Killian J.A. Orientation and dynamics of transmembrane peptides: the power of simple models// Eur. Biophys. J. - 2010.
- Vol. 39. - P. 609-621.
7. Bobone S., Gerelli Y., De Zotti M., et al. Membrane thickness and the mechanism of action of the short peptaibol trichogin GA IV// Biochimica et Biophysica Acta. - 2013. - Vol. 1828. - P. 1013-1024.
8. Chugh J.K. and Wallace B.A. Peptaibols: models for ion channels // Biochemical Society Transactions. - 2009. - Vol. 29, part 4.
9. Abdalla M., Matasyoh C. Endophytes as producers of peptides: An overview about the recently discovered peptides from endophytic microbes //Nat. Prod. Bioprospect. - 2014. - Vol. 4. - P. 257-270.
10. Qinggui W. andXu L. Beauvericin, a bioactive compound produced by fungi: a short review // Molecules. - 2012. - Vol. 17. - P. 2367-2377.
11. Ribet D. & Cossart P. Pathogen-mediated posttranslational modifications: a re-emerging field // Cell. - 2010. - Vol. 143. - P. 694-702.
12. Stoppacher N., Neumann N.K.N., Burgstaller L., et al. The comprehensive peptaibiotics database // Chem. Biodiv. - 2013. - Vol. 10, №5. - Р. 734-743.
13. Atanasova L., Druzhinina I.S., Jaklitsch W.M. Two hundred Trichoderma species recognized based on molecular phylogeny/ In: Trichoderma: Biology and Applications. (Eds.) - UK: CABI of Nosworthy Way. Wallingford, Oxon. - 2013.
14. Neuhof T., Dieckmann R., Druzhinina I., et al. Intact-cell MALDI-TOF mass spectrometry analysis of peptaibol formation by the genus Trichoderma. Hypocrea: can molecular phylogeny of species predict peptaibol structures? // Microbiology. - 2007. -Vol. 153. - Р. 3417-3437.
15. Садыкова В.С., Кураков А.В., Куварина А.Е. Рогожин Е.А. Антимикробная активность штаммов грибов рода Trichoderma из Средней Сибири // Прикладная биохимия и микробиология. - 2015. - Т. 51, №3. - С. 1-9.
16. Садыкова В.С., Кураков А.В., Коршун В.А. и др. Образование штаммом Trichoderma citrinoviride TYVI 4/11 антибиоти-ков-пептаиболов // Проблемы медицинской микологии. - 2015. - №1. - С. 41-46.
17. Vodisch M. et al. Analysis of the Aspergillus fumigatus proteome reveals metabolic changes and the activation of the pseurotin A biosynthesis gene cluster in response to hypoxia // J. Proteome Res. - 2011. - Vol. 10. - P. 2508-2524.
18. McDonagh A., et al. Sub-telomere directed gene expression during initiation of invasive aspergillosis // PLoS Pathog. - 2008. -Vol. 4. - e1000154.
19. Tao K.J., Du L., Sun X.Q., et al. Biosynthesis of aspergiolide A, a novel antitumor compound by a marine-derived fungus Aspergillus glaucus via the polyketide pathway// Tetrahedron Lett. - 2009. - Vol. 50, №9. - Р. 1082-1085.
Поступила в редакцию журнала 18.05.2016 Рецензент: О.Е. Марфенина
