Studie entwirrt Geheimnis der antimikrobiellen Frosch-Sekrete

Japanische Wissenschaftler, darunter Forscher an der Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) und der Yokohama National University ermittelt haben den molekularen Mechanismus gibt der Haut Sekrete von einer Art von Frosch wirksame antimikrobielle Eigenschaften.

Ihre Ergebnisse wurden veröffentlicht am Februar 20, 2019 in ACS Applied Bio-Materialien.

Die Bombina variegata frog, auch bekannt als Yellow Bellied Toad, bewohnt die Wälder, Wiesen, Feuchtgebiete und aquatischen Lebensräumen in Mitteleuropa. Ihre Haut Sekrete enthalten antimikrobielle Wirkstoffe-als Bominin H2 und H4 — , spielen eine wichtige Rolle beim Schutz der Arten vor der Infektion.

Bombinin H2 und H4 sind antimikrobielle Peptide (AMPs) – oder host defense Peptide — und spielen eine wichtige Funktion in der Immunabwehr. Sie haben Aufmerksamkeit für Ihre Fähigkeit zu hemmen Leishmaniose — eine hoch ansteckende und potenziell tödlichen tropischen Krankheit, die betroffen sind schätzungsweise 20 Millionen Menschen weltweit mit 1,3 Millionen Neuerkrankungen und 20.000 bis 30.000 Todesfälle jährlich gemeldet.

H4 ist ein isomer von H2 — Sie teilen die gleiche Formel, sondern die Atome im Molekül anders angeordnet sind-mit H4 haben eine natürlich vorkommende D-Aminosäure, die am Ende der molekularen Kette. In Bezug auf seine antimikrobiellen Eigenschaften, H4 ist stärker als H2, aber bis jetzt, der Grund blieb ein ungelöstes biologisches Rätsel.

„D – und L-Aminosäuren sind Spiegelbilder voneinander, und die meisten Aminosäuren in der Natur haben L-Struktur“, erklärt Ryuji Kawano, Associate Professor in der Abteilung von Biotechnologie und Life Science in TUAT und co-Autor der Studie. „Ein paar Proteine werden geändert, um D-Aminosäuren. Die Rolle mit D-Aminosäuren ist nicht vollständig verstanden, im Falle des Frosches.“

Um zu gewinnen ein besseres Verständnis von den molekularen Mechanismus, der treibt die antimikrobielle Aktivität von Bombinin H2-und H4-Peptiden und was macht H4 effektiver als die H2 in diesem Zusammenhang, dass die Autoren durchgeführten elektrophysiologischen Experimenten auf einem lipid-bilayer-Membran, die repliziert die lipid-Membran der umliegenden Zellen oder Mikroorganismen verwendet, Die Ergebnisse wurden dann analysiert mittels der bestehenden AMP-Modelle, um zu bestimmen, wie effizient diese antimikrobiellen Peptide werden bei Störung der Zellmembran der Mikroben.

Das team fand heraus, dass die H2-und H4-Peptide hemmen die mikrobielle Aktivität, indem Sie Löcher in die Zellmembran von Mikroorganismen, wodurch die Ionen austreten der Zelle, die letztlich tötet Sie. Die Effektivität dieses anti-mikrobielle Aktivität beeinflusst wird durch die Ionen-Durchlässigkeit (wie schnell die Ionen austreten der Zelle), die Geschwindigkeit der pore formation, und die Größe der Poren gebildet.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Peptide mit der Fähigkeit umzuwandeln in ein anderes Molekül mit der gleichen atomaren Zusammensetzung, sondern auf die Atome anders angeordnet ermöglicht eine schnellere pore formation. Während H2 bildet größere Poren als H4, H4 Formen Poren schneller. Ein Gemisch von H2/H4, mittlerweile bildet mittelgroße Poren mit einer langsameren rate als H4, aber die Anwesenheit der D-Aminosäure erhöht die Affinität für die lipid-Membran, und damit die Verbesserung seiner bahnbrechenden Fähigkeiten.

Es ist wie bei einem Feld von unterschiedlich großen Grube fallen; größer fallen länger dauern, um zu Graben, aber abfangen können, mehr Tiere als eine kleinere Grube. Auf der anderen Seite kann man Graben, viele kleinere Gruben in der gleichen Zeit, die es braucht, um zu Graben, nur ein paar große. Graben mittlere Grube fallen, und das hinzufügen von Köder oder Köder, die besonders attraktiv für Tiere, die in die Grube Gefahren sind, wäre das der effektivste Ansatz, der alle.

Entschlüsselung der molekularen Mechanismen, die ermöglicht, dass die antimikrobielle Aktivität dieser Peptide können uns helfen, besser zu verstehen, wie das Abwehrsystem der Frosch entwickelt hat, und wie diese verwendet werden können, zur Bekämpfung mikrobieller Infektionen medizinische Bedeutung. Laut Kawano, das ultimative Ziel ist es, mit diesem Mechanismus zu entwickeln, bessere antimikrobielle Wirkstoffe, insbesondere antimikrobielle Mittel, die wirksam gegen Antibiotika-resistente Bakterien.