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Selectividad del efecto antibacteriano del oxígeno.

Selectividad del efecto antibacteriano del oxígeno.


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Hasta donde yo sé, los agentes oxidantes (también conocidos como especies reactivas de oxígeno o ROS) son potentes agentes antimicrobianos que actúan sobre una amplia gama de bacterias y virus, además de inactivar ciertas toxinas. ¿Es esto correcto? ¿Cómo ejercen las ROS su efecto sobre los microbios? ¿Inactivan ciertas toxinas y cómo?

Algunas citas de este artículo:

  • El oxígeno destruye el patógeno.

  • El oxígeno altera la integridad de la envoltura celular bacteriana mediante la oxidación de los fosfolípidos y las lipoproteínas.

  • Los organismos aeróbicos poseen enzimas que desactivan el oxígeno para que las moléculas tóxicas reactivas que contienen oxígeno no dañen las células.

¿Los ROS matan selectivamente a los patógenos pero no a los microbios no patógenos o las células del organismo multicelular? Si es así, ¿qué hace que las ROS solo dañen a los patógenos o los dañen significativamente más de lo que dañan las células del organismo y los microbios no patógenos?


En primer lugar, los comentarios pueden ser correctos en el sentido de que esta pregunta se hace con el motivo oculto de promover un producto, pero no obstante, es cierto que el peróxido de hidrógeno y otros oxidantes (también conocidos como especies reactivas de oxígeno, o simplemente ROS) son potentes agentes antimicrobianos. así que intentaré responder a esta pregunta de forma concisa.

Solo estudio inmunología de manera tangencial, pero mis estudios sobre el envejecimiento generalmente se superponen con la inmunología debido al papel de las especies reactivas de oxígeno (ROS) en diversas vías celulares, incluido el daño del ADN, el plegamiento de proteínas y la inmunología.

Los ROS producidos por los organismos (particularmente el peróxido de hidrógeno, los radicales de peróxido y el superóxido) no son agentes antimicrobianos "selectivos" más que el blanqueador. Tanto los ROS endógenos como los oxidantes exógenos como el blanqueador atacarán (oxidarán) cualquier donante de electrones suficientemente fuerte:

https://en.wikipedia.org/wiki/Bleach#Antimicrobial_efficacy

Las ROS actúan tanto directa como indirectamente para promover la inmunidad, las ROS se producen en muchos tejidos epiteliales de forma constitutiva (es decir, independientemente de la infección), así como en respuesta a la infección por organismos patógenos. La detección de organismos patógenos depende de las células y las vías de señalización inmunológica determinan si la producción de ROS es apropiada o no; este es un mecanismo por el cual ROS se puede utilizar "selectivamente" contra microbios. Por otro lado, la inoculación con microbios no patógenos puede detectarse a través de vías de señalización inmunológica a nivel celular / tisular y puede resultar en una reducción de la producción de ROS extracelulares por debajo de los niveles constitutivos para permitir la colonización por microbios simbióticos:

Yang, H., Yang, M., Sun, J., Guo, F., Lan, J., Wang, X. y… Wang, J. (2015). Artículo completo: La catalasa elimina las especies reactivas del oxígeno e influye en la microbiota intestinal de los camarones. Inmunología de pescados y mariscos, 4763-73. doi: 10.1016 / j.fsi.2015.08.021

El potencial neto de oxidación / reducción de un organismo tiene menos que ver con los efectos de las ROS y más con su resistencia. Incluso si hay muchos agentes reductores (también conocidos como antioxidantes) (enzimas dependientes de NADH, glutatión reducido, tiorredoxina, etc.), las proteínas y los lípidos pueden dañarse temporal o permanentemente por oxidación. Incluso si hay antioxidantes disponibles, este daño puede sobrecargar la capacidad de la célula para revertir rápidamente el daño, o incluso el daño temporal puede enviar señales a favor de la muerte al alterar las proteínas / lípidos involucrados en la señalización celular (consulte el artículo de la wiki sobre lejía). Consulte la siguiente sección del artículo de wikipedia sobre antioxidantes (y sus referencias) para obtener una comprensión más profunda de la interacción entre las capacidades antioxidantes de una célula, su producción de ROS, la acumulación de daño oxidativo y los efectos del daño oxidativo:

https://en.wikipedia.org/wiki/Antioxidant#Oxidative_challenge_in_biology

En última instancia, la capacidad de un microbio para tolerar el daño oxidativo temporal (un fenotipo complejo de explicar) combinada con su capacidad para revertir rápidamente el daño oxidativo (basado en la expresión de enzimas antioxidantes, la acumulación de glutatión y el metabolismo oxidativo celular) son los principales determinantes de la enfermedad de un microbio. resistencia a ROS, que es la forma más precisa de describir el concepto de que los ROS son (débilmente) "selectivos" para ciertos tipos de microbios.


Efecto de la composición sobre la actividad antibacteriana de oligotioeteramidas catiónicas definidas por secuencia

Historial de publicaciones

  • Recibió 22 de marzo de 2018
  • Publicado online 11 de mayo de 2018
  • Publicado publicado el 10 de agosto de 2018
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Nanoplataforma autosuficiente de oxígeno para la terapia fotodinámica antibacteriana selectiva y mejorada contra la enfermedad periodontal inducida por anaerobios

El microambiente hipóxico, el consumo continuo de oxígeno y la escasa profundidad de penetración de la luz de excitación durante la terapia fotodinámica antimicrobiana (aPDT) obstaculizan enormemente los efectos sobre la inactivación bacteriana. Aquí, se presenta un nanocompuesto inteligente con autogeneración de oxígeno para propiedades antibacterianas mejoradas y selectivas contra las enfermedades periodontales inducidas por anaerobios. Al encapsular Fe3O4 nanopartículas, cloro e6 y cumarina 6 en el silano anfifílico, el aPDT estimulado por luz combinada (roja e infrarroja) se realiza debido al aumento de la estructura conjugada, la correspondiente absorción desplazada al rojo y el rendimiento de navegación magnética. Para abordar el problema del microambiente hipóxico, una mayor modificación del MnO2 Se lleva a cabo la nanocapa sobre los composites, y se involucra la actividad catalítica para la descomposición del peróxido de hidrógeno producido en el procesamiento metabólico, proporcionando suficiente oxígeno para el aPDT en los sitios de infección. Los experimentos a nivel celular y modelo animal demostraron que el aumento del contenido de oxígeno podría aliviar eficazmente la hipoxia en una bolsa periodontal y mejorar la producción de ROS, aumentando notablemente la eficacia del aPDT. El aumento del nivel local de oxígeno también muestra la inhibición selectiva de bacterias patógenas y anaeróbicas, lo que determina el éxito del tratamiento de la periodontitis. Por lo tanto, este hallazgo es prometedor para combatir patógenos anaerobios con propiedades mejoradas y selectivas en enfermedades periodontales, incluso en otras infecciones inducidas por bacterias, para una futura aplicación clínica.


La investigación de la medicina del plasma destaca los efectos antibacterianos y los usos potenciales

A medida que el interés en la aplicación de la medicina del plasma, el uso de plasma de baja temperatura (LTP) creado por una descarga eléctrica para abordar problemas médicos, continúa creciendo, también lo hace la necesidad de avances en la investigación que demuestren sus capacidades y posibles impactos en el industria del cuidado de la salud. En todo el mundo, muchos grupos de investigación están investigando la medicina del plasma para aplicaciones que incluyen el tratamiento del cáncer y la curación acelerada de heridas crónicas, entre otras.

Investigadores de la Facultad de Ingeniería, la Facultad de Ciencias Agrícolas y la Facultad de Medicina de Penn State dicen que el tratamiento directo con LTP y los medios activados por plasma son tratamientos efectivos contra las bacterias que se encuentran en los cultivos líquidos. Los investigadores también dicen que han ideado una forma única de crear plasma directamente en líquidos.

El equipo, compuesto por ingenieros, físicos, científicos veterinarios y biomédicos y profesionales médicos, está utilizando un chorro de plasma a presión atmosférica para usar plasma a temperatura ambiente ("frío") para tratar bacterias.

El plasma, el cuarto estado de la materia, suele estar muy caliente, de miles a millones de grados. Mediante el uso de plasma generado a presión atmosférica o en líquidos, los investigadores pueden crear moléculas y átomos con efectos antibacterianos sin quemar nada. Sean Knecht, profesor asistente de diseño de ingeniería en Penn State y líder del Laboratorio Interdisciplinario de Ciencia e Ingeniería Integrada del Plasma, dijo que este proceso crea muchos tipos diferentes de partículas reactivas, lo que aumenta la probabilidad de que las mutaciones bacterianas combatan simultáneamente todas las partículas. casi inexistente.

Knecht explicó que los resultados de la investigación del equipo, publicados en Informes científicos, muestran que la tecnología del plasma genera grandes cantidades de especies reactivas de oxígeno o partículas reactivas creadas a partir de moléculas que contienen átomos de oxígeno, incluidas las moléculas de oxígeno en el aire y el vapor de agua. Efecto del plasma sobre diferentes bacterias como E. coli y Staph. aureus es importante, lo que resulta en muchas muertes bacterianas a lo largo de varias generaciones.

"En el transcurso de cuatro generaciones de bacterias, estas bacterias no adquieren ninguna forma de resistencia al tratamiento con plasma", dijo.

Girish Kirimanjeswara, profesor asociado de ciencias veterinarias y biomédicas en Penn State, dijo que esto es extremadamente importante debido a la forma típica en que las bacterias mutan, haciéndolas resistentes a los antibióticos.

Los antibióticos se dirigen a una vía metabólica específica, una proteína esencial o ácidos nucleicos en las bacterias. Debido a esto, los antibióticos deben ingresar a una célula bacteriana para encontrar y unirse a ese objetivo específico. Cualquier mutación bacteriana que disminuya la capacidad de entrada de un antibiótico o aumente su velocidad de salida hace que el antibiótico sea menos eficaz. Las mutaciones ocurren naturalmente a un ritmo bajo, pero pueden acumularse rápidamente por presión de selección cuando se introducen en antibióticos destinados a combatir las bacterias.

Según Kirimanjeswara, los resultados de la investigación del equipo muestran que el tratamiento con plasma produce varias especies reactivas de oxígeno en una concentración lo suficientemente alta como para matar bacterias, pero lo suficientemente baja como para no tener impactos negativos en las células humanas. Explicó que las especies de oxígeno se dirigen rápidamente a prácticamente todas las partes de las bacterias, incluidas las proteínas, los lípidos y los ácidos nucleicos.

"Uno puede llamarlo un enfoque de mazo", dijo Kirimanjeswara. "Es difícil desarrollar resistencia por una sola mutación o incluso por un montón de mutaciones".

El equipo también aplicó estos hallazgos para diseñar un sistema que puede crear plasma directamente en líquidos. Los investigadores tienen la intención de crear plasma en sangre para abordar las infecciones cardiovasculares directamente en la fuente. Para ello, se suele utilizar alta tensión eléctrica y grandes corrientes eléctricas. En el sistema de plasma creado por los investigadores, la corriente eléctrica y la energía que pueden llegar al paciente se minimizan mediante el uso de materiales dieléctricos o eléctricamente aislantes. Los materiales que el equipo normalmente usaría para crear el plasma incluyen vidrio y cerámica debido a su capacidad para soportar altas temperaturas locales. Estos materiales tienden a hacer que la sangre se coagule y pueden no ser muy flexibles, una necesidad si se van a utilizar en el sistema cardiovascular. El equipo está investigando revestimientos aislantes que sean biocompatibles o aceptables para el cuerpo humano y flexibles. Knecht dijo que el equipo identificó un polímero llamado Parylene-C y reportó los resultados iniciales en la revista. Transacciones IEEE sobre ciencias médicas de radiación y plasma. El equipo sigue esta vía, ya que los polímeros tienen puntos de fusión bajos y es posible que no resistan la exposición repetida al plasma.

"Se pueden usar polímeros biocompatibles para la generación de plasma en líquidos biológicos, pero su vida útil es limitada", dijo Knecht. "Se deben desarrollar nuevos diseños únicos de generación de plasma para producir descargas de plasma de menor intensidad que puedan extender su vida útil. Eso es en lo que continuamos trabajando".

Kirimanjeswara dijo que los científicos suelen trabajar para comprender cómo las diferentes bacterias causan enfermedades o cómo las respuestas inmunitarias del huésped eliminan las bacterias para crear nuevos antibióticos y vacunas. Aunque estos enfoques más tradicionales son esenciales, a menudo son graduales y requieren mucho tiempo. La innovadora investigación del equipo destaca la importancia de seguir investigando nuevas formas de combatir las bacterias.

"Los enfoques transformadores e interdisciplinarios tienen el potencial de acelerar la búsqueda de soluciones a problemas globales urgentes", dijo. "Es importante que el público en general sea consciente y aprecie el hecho de que la comunidad científica está involucrada en varios enfoques, algunos tradicionales y otros no tradicionales, para combatir el creciente problema de la resistencia a los antibióticos. Esperamos que nuestra investigación refuerce la idea de adoptar enfoques no antibióticos para tratar infecciones bacterianas en el futuro ".


Co-selección de RAM mediante el uso de compuestos no antimicrobianos

La RAM generalizada se atribuye principalmente a la presión selectiva por el uso excesivo y inadecuado de los antimicrobianos. Sin embargo, se han planteado preocupaciones basadas en evidencias crecientes sobre la co-selección de RAM entre bacterias expuestas a biocidas que se utilizan como desinfectantes, antisépticos, conservantes y varios metales pesados ​​catiónicos incluidos en la dieta de los animales como suplementos nutricionales, promotores del crecimiento y agentes terapéuticos para el ganado. [6]. Estos metales también se pueden esparcir en los pastos para apoyar el crecimiento y la protección de los cultivos.

Co-selección de AMR por metales pesados

Los metales pesados ​​se encuentran en todas partes del medio ambiente y, en ocasiones, en altas concentraciones en ciertos entornos cuando se utilizan en la producción agrícola para diversos fines. Los metales pesados ​​pueden seguir existiendo en el medio ambiente y permanecer estables durante períodos prolongados. Mientras que la mayoría de los compuestos antimicrobianos veterinarios pueden metabolizarse y eliminarse de los animales productores de alimentos en semanas o meses. La biodisponibilidad de los minerales comúnmente utilizados en los piensos (principalmente inorgánicos) suele ser bastante baja en los animales, y los metales pesados ​​no absorbidos se excretan como materia fecal en concentraciones más altas que en los piensos [40].

La correlación entre la tolerancia a los metales pesados ​​y la resistencia a los antimicrobianos ya se había observado hace varias décadas. Se ha informado que el cobre (Cu) está relacionado con la resistencia frente a ampicilina, sulfanilamida [41], eritromicina [42], enrofloxacina [43], vancomicina [44] y glicopéptido [45]. Resistente a la meticilina Staphylococcus aureus (MRSA) a menudo se asocia con zinc (Zn) [45,46,47,48] y Cu [45]. Existen correlaciones positivas entre el gen tolerante al mercurio (Hg) merA y transposón Tn21 [42]. sulA y sulIII se correlacionaron fuertemente con los niveles de Cu, Zn y Hg [49]. Productores de CTX-M- (15, 9, 2) y KPC-2 resistentes a múltiples fármacos Enterobacter hormaechei y E. asburiae poseen un conjunto de genes de resistencia a la plata (Ag) adquiridos [50]. También se informa que otros metales pesados, incluidos el níquel (Ni), el cadmio (Cd) y el cromo (Cr), co-seleccionan ciertos AMR [42, 51,52,53]. Un estudio reciente mostró que los genes que potencialmente confieren resistencia a los metales, incluidos arsA (Compuestos de arsénico), cadD (CD), copB (Cu) y czrC (Zn / Cd) estaban presentes con frecuencia en MRSA asociado al ganado [54]. Un estudio chino incluso encontró solo una correlación positiva débil entre los ARG y sus correspondientes antimicrobianos, mientras que se encontraron correlaciones positivas significativas entre algunos ARG (sulA y sulIII) y metales pesados ​​típicos como Hg, Cu y Zn [49].

Los mecanismos moleculares de la capacidad de las bacterias para desarrollar resistencia a metales pesados ​​son similares a los de la RAM, ya que los metales pesados ​​tienen efectos antimicrobianos conocidos [55]. La co-selección se logra de dos formas: (1) Co-resistencia, por la que la selección de un gen fomenta el mantenimiento de otro gen de resistencia y (2) Resistencia cruzada, por lo que un gen de resistencia puede ofrecer protección contra múltiples sustancias químicas tóxicas [56] . La co-resistencia / co-transferencia de un metal pesado y un antimicrobiano a menudo es causada por los genes co-residentes del metal y de la resistencia a los antimicrobianos, que pueden localizarse físicamente en plásmidos o cromosomas que también contienen uno o más ARG [57, 58]. . Por ejemplo, se ha descrito MRSA de ganado que alberga plásmidos portadores de genes de resistencia para Cu y Cd (copA, cadDX y mco) y para múltiples antimicrobianos, incluidos macrólidos, lincosamidas, estreptogramina B, tetraciclinas, aminoglucósidos y trimetoprim (erm (T), tet (L), aadD y dfrK) [59]. El vínculo entre el uso de Zn en alimentos para animales y la aparición de MRSA se explica por la presencia física del gen de resistencia al Zn, czrC, en el SCC que codifica la resistencia a la meticilinamec elemento [60, 61]. Otro ejemplo de co-resistencia involucró una serie de genes de resistencia como aadA2 (estreptomicina R), qacED1 (espectinomicina R) y sul1 (sulfonamida R) ubicada en Tn5045 donde los genes de resistencia al cromato chrBACF se encuentran [62]. Un estudio portugués encontrado en monofásico S. Typhimurium variantes de origen humano y porcino que los ARG en este Pathovar resistente a múltiples fármacos se ubicaron junto con sil operón que codifica una salida de Cu y Ag en el cromosoma o un plásmido intransferible [63]. Un ensayo de conjugación demostró la co-transferencia de tcrB y erm (B) genes entre E. faecium y E. faecalis cepas [64]. Análisis genómico de E. faecalis de cerdos daneses suplementados con Cu reveló la presencia de genes cromosómicos de insensibilidad al Cu, incluido el tcrYAZB operón y tetraciclina (tetM) y vancomicina (vanA) genes de resistencia estaban presentes en uno de los aislamientos “insusceptibles al Cu” [65]. El vínculo genético de Cu, Zn y ARG en bacterias se ha resumido de forma exhaustiva en una revisión reciente escrita por Keith Poole [57].

Al igual que los antimicrobianos, los metales son factores estresantes que activan una variedad de respuestas adaptativas / protectoras en las bacterias, y esto puede hacer que la corregulación de la resistencia a los metales y los antimicrobianos produzca una resistencia cruzada [66].En bacterias gramnegativas, el sistema de dos componentes de respuesta al estrés de membrana CpxRA, que está relacionado con la resistencia contra una variedad de fármacos dirigidos a la envoltura celular [67], también responde al Cu y contribuye a la tolerancia al Cu [68]. En presencia de Zn, TCS CscRS en Pseudomonas aeruginosa influye en la transcripción de czcCBA operón que codifica una bomba de eflujo de tipo RND que confiere resistencia a Zn, Cd y cobalto (Co), mientras que el sistema CscRS también reduce la expresión de la porina OprD a través de la cual el imipenem entra en las bacterias [69]. En Listeria monocytogenes, una bomba de eflujo de múltiples fármacos MdrL confiere resistencia contra una variedad de antimicrobianos, y el mismo sistema de transporte también funciona para metales pesados ​​como Zn, Co y Cr [70]. De manera similar, el factor sigma de respuesta al estrés envolvente RpoE activado por la polimixina B y vinculado a la resistencia a la polimixina B en varias bacterias gramnegativas [71] también es activado por el Zn en E. coli y contribuye a la tolerancia al Zn y Cu [72]. También se ha demostrado que el Cu aumenta la expresión del gen regulador que responde al estrés oxidativo soxS que está relacionado con la expresión de la bomba de eflujo AcrAB y la resistencia a múltiples fármacos en E. coli [73].

Las biopelículas, en las que las bacterias están incrustadas en sustancias poliméricas extracelulares, son más resistentes a los metales pesados ​​que sus homólogos planctónicos [74]. A su vez, la matriz de la biopelícula puede impulsar la frecuencia de mutación en los genomas bacterianos, lo que es favorable para la co-selección de la RAM [75]. Muchos informes han descrito en varias bacterias gramnegativas que el Cu induce un estado viable pero no cultivable (VNC), que es un estado latente resistente a los antimicrobianos inducido por estrés [76]. También se ha visto un estado VNC ligado a Zn en Xylella Fastidiosa, y parece acelerar la aparición del estado VNC en este organismo [77]. Además, la exposición de E. coli a Cu se ha demostrado que aumenta la recuperación de variantes de colonias pequeñas, y las variantes de crecimiento lento suelen ser resistentes a los antimicrobianos para una variedad de bacterias [78].

Los metales pesados ​​también pueden facilitar la HGT. Un estudio reciente sugirió que las concentraciones sub-inhibitorias de metales pesados ​​aceleran la transferencia horizontal de ARG mediados por plásmidos en el medio acuático al promover la transferencia conjugativa de genes entre E. coli cepas [79]. Otro estudio mostró que a través del choque de Cu a una carga de 10 y 100 mg / L sobre las bacterias de un biofiltro de agua potable, la resistencia bacteriana a la rifampicina, la eritromicina, la kanamicina y algunas otras se incrementó significativamente. Además, la abundancia relativa de la mayoría de los ARG, en particular los elementos genéticos móviles (MGE) intI y transposones, se enriquecieron notablemente en al menos una vez [80].

Co-selección de RAM por biocidas

Los biocidas se pueden utilizar como antisépticos en las superficies corporales, como desinfectantes en equipos y superficies en muchos entornos, incluidas granjas y hospitales, como descontaminantes en las superficies de las canales después del sacrificio y como conservantes en productos farmacéuticos, cosméticos y alimentos [81]. La posible resistencia cruzada entre biocidas y antimicrobianos sigue siendo controvertida. Algunos estudios han informado que no existe resistencia cruzada entre biocidas y antimicrobianos. Por ejemplo, no se encontró resistencia cruzada entre la clorhexidina y cinco antimicrobianos en 130 Salmonela spp. de dos granjas de Turquía [82]. Entre 101 aislamientos genéticamente distintos de Burkholderia cepacia, no se encontró correlación entre la susceptibilidad a la clorhexidina y 10 antimicrobianos diferentes [83]. Sobre Enterococcus faecium, dosis bajas de ácido peracético, generalmente utilizado como desinfectante en el tratamiento de aguas residuales, promovieron una adaptación bacteriana pero sin afectar la abundancia de los AGR [84].

Por otro lado, se han realizado varios estudios sobre la co-selección de RAM por biocidas en aislados bacterianos de animales destinados a la alimentación y acuicultura. Se ha indicado que la exposición general al digluconato de clorhexidina aumenta el riesgo de resistencia a diversos antimicrobianos [85]. Cuando se sometieron 310 cepas grampositivas de pezones de vaca lechera a antisepsia con yodo o clorhexidina, una asociación significativa entre Estreptococos entre la sensibilidad reducida a la clorhexidina y a la ampicilina, tetraciclina y tres antibióticos aminoglucósidos [86]. En 87 aislamientos de mariscos, se detectaron correlaciones positivas moderadas para los biocidas Cetrimida, Cloruro de hexadecilpiridinio y Triclosán con el antibiótico Cefotaxima, y ​​también para Triclosán con Cloranfenicol y Trimetoprim / Solfametoxazol y con el compuesto fenólico Timol [87]. Fue reportado en E. coli O157 y varios Salmonela serovares reducciones en la susceptibilidad a un panel de antimicrobianos después de un entrenamiento escalonado de triclosán, clorhexidina y cloruro de benzalconio [88]. Exposición del campo veterinario E. coli los aislamientos de tres compuestos de amonio cuaternario produjeron elevaciones de la CMI que estaban por encima de los puntos de corte clínicos para fenicol, tetraciclina, fluoroquinolona, ​​β-lactámicos y trimetoprim [89]. Salmonella enteritidis sobrevivir a una exposición breve a concentraciones de cloro en uso exhibió aumentos de hasta ocho veces en los valores de CMI para tetraciclina, ácido nalidíxico y cloranfenicol [90], similares a los observados con procedimientos de entrenamiento escalonados.

Hay más encuestas e investigaciones que han involucrado a hospitales u otros entornos sanitarios sobre la co-selección de la RAM por biocidas [6]. Cuando las comunidades microbianas aeróbicas se expusieron al cloruro de benzalconio, los valores de CMI de toda la comunidad para el cloruro de benzalconio, la ciprofloxacina, la tetraciclina y la penicilina G aumentaron [91]. Los datos recientes mostraron que la exposición a la vancomicina resistente E. faecium a clorhexidina durante solo 15 min regula al alza la vanA-tipo gen de resistencia a la vancomicina (vanHAX) y genes asociados con una susceptibilidad reducida a daptomicina (liaXYZ) [92].

Se ha demostrado un papel del flujo de salida para la co-selección de la RAM en algunos estudios de entrenamiento en biocidas [93], y la susceptibilidad reducida a los biocidas puede ser consecuencia del desarrollo de la RAM y viceversa [94,95,96]. Bajo exposición al cloruro de benzalconio, la expresión de dos genes de bombas de eflujo inespecíficas (lde y mdrL) en Listeria monocytogenes aislado de plantas de procesamiento de carne de cerdo [97]. La expresión de lde fue dosis-dependiente en el caso de la cepa del procedimiento de limpieza y desinfección posterior, mientras que la expresión de mdrL fue inhibido bajo estrés biocida bajo (10 ppm) y mejorado en presencia de estrés alto (100 ppm). En un estudio del potencial de formación de biopelículas y la actividad de la bomba de eflujo, E. coli los aislados de equipos lácteos que tenían una susceptibilidad reducida al cloruro de benzalconio y la ciprofloxacina demostraron tener una capacidad de biopelícula superior, en paralelo con una mayor actividad de eflujo [98]. También se ha observado una capacidad mejorada de biopelícula más eflujo en pacientes adaptados a triclosán E. coli [99]. Las co-ocurrencias genéticas sugieren que los plásmidos brindan oportunidades limitadas para que los biocidas y los metales promuevan la transferencia horizontal de la RAM a través de la co-selección, mientras que existen posibilidades bastante grandes para la selección indirecta a través de genes cromosómicos de resistencia a biocidas / metales [100].

Hay muchas evidencias teóricas y experimentales de que ciertos biocidas pueden co-seleccionarse para la RAM, principalmente por un vínculo estrecho entre los determinantes de la resistencia a los biocidas y los determinantes de la RAM. Sin embargo, hay una falta de datos empíricos que indiquen que el uso de biocidas impulsa esta co-selección de RAM en la cadena alimentaria [101, 102].


Contenido

Los péptidos antimicrobianos son un grupo único y diverso de moléculas, que se dividen en subgrupos en función de su composición y estructura de aminoácidos. [3] Los péptidos antimicrobianos generalmente tienen entre 12 y 50 aminoácidos. Estos péptidos incluyen dos o más residuos cargados positivamente proporcionados por arginina, lisina o, en entornos ácidos, histidina y una gran proporción (generalmente & gt50%) de residuos hidrófobos. [4] [5] [6] Las estructuras secundarias de estas moléculas siguen 4 temas, incluyendo i) α-helicoidal, ii) β-hebra debido a la presencia de 2 o más enlaces disulfuro, iii) β-horquilla o bucle debido a la presencia de un solo enlace disulfuro y / o ciclación de la cadena peptídica, y iv) extendido. [7] Muchos de estos péptidos no están estructurados en solución libre y se pliegan en su configuración final al dividirse en membranas biológicas. Contiene residuos de aminoácidos hidrófilos alineados a lo largo de un lado y residuos de aminoácidos hidrófobos alineados a lo largo del lado opuesto de una molécula helicoidal. [3] Esta anfipaticidad de los péptidos antimicrobianos les permite dividirse en la bicapa lipídica de la membrana. La capacidad de asociarse con membranas es una característica definitiva de los péptidos antimicrobianos, [8] [9] aunque la permeabilización de la membrana no es necesaria. Estos péptidos tienen una variedad de actividades antimicrobianas que van desde la permeabilización de la membrana hasta la acción sobre una variedad de dianas citoplasmáticas.

Los modos de acción mediante los cuales los péptidos antimicrobianos matan a los microbios son variados, [10] y pueden diferir para diferentes especies bacterianas. [11] Algunos péptidos antimicrobianos matan tanto a las bacterias como a los hongos, por ejemplo, la psoriasina mata E. coli y varios hongos filamentosos. [12] La membrana citoplasmática es un objetivo frecuente, pero los péptidos también pueden interferir con la síntesis de ADN y proteínas, el plegamiento de proteínas y la síntesis de la pared celular. [10] El contacto inicial entre el péptido y el organismo objetivo es electrostático, ya que la mayoría de las superficies bacterianas son aniónicas o hidrófobas, como en el péptido antimicrobiano Piscidin. Su composición de aminoácidos, anfipaticidad, carga catiónica y tamaño les permiten adherirse e insertarse en las bicapas de la membrana para formar poros mediante mecanismos de "duela de barril", "alfombra" o "poro toroidal". Alternativamente, pueden penetrar en la célula para unirse a moléculas intracelulares que son cruciales para la vida celular. [13] Los modelos de unión intracelular incluyen la inhibición de la síntesis de la pared celular, la alteración de la membrana citoplasmática, la activación de la autolisina, la inhibición del ADN, el ARN y la síntesis de proteínas, y la inhibición de ciertas enzimas. Sin embargo, en muchos casos, se desconoce el mecanismo exacto de muerte. Una técnica emergente para el estudio de tales mecanismos es la interferometría de polarización dual. [14] [15] En contraste con muchos antibióticos convencionales, estos péptidos parecen ser bactericidas [2] en lugar de bacteriostáticos. En general, la actividad antimicrobiana de estos péptidos se determina midiendo la concentración inhibitoria mínima (MIC), que es la concentración más baja de fármaco que inhibe el crecimiento bacteriano. [dieciséis]

Los AMP pueden poseer múltiples actividades que incluyen actividades antibacterianas grampositivas, antibacterianas gramnegativas, antifúngicas, antivirales, antiparasitarias y anticancerígenas. Un gran análisis funcional de AMP indica que entre todas las actividades de AMP, anfipaticidad y carga, dos propiedades principales de los AMP, distinguen mejor entre los AMP con y sin actividades bacterianas anti-gramnegativas. [17] Esto implica que ser AMP con actividades bacterianas anti-gramnegativas puede preferir o incluso requerir una fuerte anfipaticidad y carga neta positiva.

Además de matar bacterias directamente, se ha demostrado que tienen una serie de funciones inmunomoduladoras que pueden estar involucradas en la eliminación de la infección, incluida la capacidad de alterar la expresión génica del huésped, actuar como quimiocinas y / o inducir la producción de quimiocinas, inhibiendo los efectos inducidos por lipopolisacáridos. -Producción de citocinas inflamatorias, que promueve la cicatrización de heridas y modula las respuestas de las células dendríticas y las células de la respuesta inmune adaptativa. Los modelos animales indican que los péptidos de defensa del huésped son cruciales tanto para la prevención como para la eliminación de la infección. Parece que muchos péptidos inicialmente aislados como "péptidos antimicrobianos" y denominados "péptidos antimicrobianos" han demostrado tener funciones alternativas más importantes in vivo (por ejemplo, hepcidina [18]). Dusquetide, por ejemplo, es un inmunomodulador que actúa a través de p62, una proteína involucrada en la señalización de infección basada en receptores de peaje. El péptido está siendo examinado en un ensayo clínico de fase III por Soligenix (SGNX) para determinar si puede ayudar a reparar el daño inducido por la radiación en la mucosa oral que surge durante la radioterapia del cáncer de cabeza y cuello. [19]

Los péptidos antimicrobianos generalmente tienen una carga neta positiva, lo que les permite interactuar con las moléculas cargadas negativamente expuestas en bacterias y superficies de células cancerosas, como fosfolípidos fosfatidilserina, mucinas O-glicosiladas, gangliósidos sialilados y sulfatos de heparina. El mecanismo de acción de estas proteínas varía ampliamente, pero puede simplificarse en dos categorías: péptidos antimicrobianos membranolíticos y no membranolíticos. [20] La rotura de membranas por péptidos antimicrobianos membranolíticos puede describirse mediante cuatro modelos: [21]

  • modelo toroidal
  • modelo desordenado de poros toroidales
  • modelo de alfombra
  • modelo de duela de barril

Aunque los detalles de cada mecanismo difieren, todos proponen la ruptura de la membrana inducida por péptidos, lo que permite una fuga citoplasmática que finalmente conduce a la muerte.

El trabajo reciente ha pintado un panorama más complejo de la actividad de los péptidos antimicrobianos. Los péptidos antimicrobianos no membranolíticos también pueden funcionar como inhibidores metabólicos, interactuando directamente con el ADN, el ARN, la síntesis de proteínas y los inhibidores de la síntesis de la pared celular o la formación de tabiques. También se sabe que provocan la agregación ribosómica y deslocalizan las proteínas de la membrana.

Añadiendo una capa adicional de complejidad, muchos péptidos antimicrobianos naturales poseen una débil actividad bactericida. En lugar de inhibir directamente el crecimiento bacteriano, ahora se sabe que actúan en concierto con el sistema inmunológico del huésped a través de mecanismos que incluyen la inducción de quimiocinas, la liberación de histamina y la modulación de la angiogénesis. Estos efectos inmunomoduladores recién han comenzado a recibir atención.

Se han utilizado varios métodos para determinar los mecanismos de la actividad de los péptidos antimicrobianos. [11] [13] En particular, los estudios de RMN de estado sólido han proporcionado una explicación de resolución a nivel atómico de la ruptura de la membrana por péptidos antimicrobianos. [22] [23] En años más recientes, la cristalografía de rayos X se ha utilizado para delinear en detalle atómico cómo la familia de defensinas vegetales rompe las membranas al identificar fosfolípidos clave en las membranas celulares del patógeno. [24] [25] Se ha pensado que las defensinas humanas actúan a través de un mecanismo similar, dirigido a los lípidos de la membrana celular como parte de su función. De hecho, ahora se ha demostrado que la beta-defensina 2 humana mata los hongos patógenos Candida albicans a través de interacciones con fosfolípidos específicos. [26] Desde el punto de vista computacional, las simulaciones de dinámica molecular pueden arrojar luz sobre el mecanismo molecular y las interacciones específicas de péptidos con lípidos, iones y solventes. [27]

Métodos Aplicaciones
Microscopía para visualizar los efectos de los péptidos antimicrobianos en las células microbianas
Espectroscopía de emisión atómica para detectar la pérdida de potasio intracelular (una indicación de que la integridad de la membrana bacteriana se ha visto comprometida)
Tintes fluorescentes para medir la capacidad de los péptidos antimicrobianos para permeabilizar las vesículas de membrana
Formación de canales de iones para evaluar la formación y estabilidad de un poro inducido por péptidos antimicrobianos
Dicroísmo circular y dicroísmo circular orientado para medir la orientación y la estructura secundaria de un péptido antimicrobiano unido a una bicapa lipídica
Interferometría de polarización dual medir los diferentes mecanismos de los péptidos antimicrobianos
Espectroscopia de RMN de estado sólido para medir la estructura secundaria, la orientación y la penetración de péptidos antimicrobianos en las bicapas lipídicas en el estado líquido-cristalino biológicamente relevante
Difracción de neutrones y rayos X para medir los patrones de difracción de poros inducidos por péptidos dentro de membranas en multicapas o líquidos orientados
Simulaciones de dinámica molecular para estudiar el comportamiento molecular y buscar interacciones péptido-lípido específicas
Espectrometría de masas para medir la respuesta proteómica de microorganismos a péptidos antimicrobianos

Los péptidos antimicrobianos se han utilizado como agentes terapéuticos, su uso generalmente se limita a la administración intravenosa o aplicaciones tópicas debido a sus vidas medias cortas. En enero de 2018, los siguientes péptidos antimicrobianos estaban en uso clínico: [28]

    para neumonía, tópico, hepatitis C (oral, péptido cíclico), infecciones bacterianas, IV, infecciones bacterianas, IV, VIH, inyección subcutánea, infecciones bacterianas, IV, infecciones bacterianas, IV, Hepatitis C, péptido cíclico oral, infección bacteriana, IV , infección bacteriana, IV. , infección bacteriana contra Gram-positivos y Gram-negativos también.

Actividad más allá de las funciones antibacterianas Editar

Se ha observado que los AMP tienen funciones distintas a la destrucción de bacterias y hongos. Estas actividades incluyen efectos antivirales, pero también funciones en la defensa del huésped, como funciones anticancerígenas y funciones en neurología. [29] Esto ha llevado a un movimiento para cambiar la marca de los AMP como "péptidos de defensa del huésped" para abarcar la amplia gama de actividades que pueden tener los AMP. [30]

Propiedades contra el cáncer Editar

Algunas cecropinas (por ejemplo, cecropina A y cecropina B) tienen propiedades anticancerígenas y se denominan péptidos anticancerígenos (ACP). [31]: Se han estudiado las propiedades anticancerígenas de 3 ACP híbridos basados ​​en cecropina A. [31]: 7.1 La defensina de la mosca de la fruta previene el crecimiento tumoral, que se sospecha se une a las células tumorales debido a modificaciones de la membrana celular comunes a la mayoría de las células cancerosas, como la exposición a la fosfatidilserina. [32]

La cecropina A puede destruir uropatógenos formadores de biopelículas planctónicas y sésiles. E. coli (UPEC), ya sea solas o cuando se combinan con el antibiótico ácido nalidíxico, eliminan sinérgicamente la infección in vivo (en el insecto huésped Galleria mellonella) sin citotoxicidad fuera del objetivo. El mecanismo de acción de múltiples objetivos implica la permeabilización de la membrana externa seguida de la ruptura de la biopelícula desencadenada por la inhibición de la actividad de la bomba de salida y las interacciones con los ácidos nucleicos extracelulares e intracelulares. [33]

Otras investigaciones Editar

Recientemente se han realizado algunas investigaciones para identificar posibles péptidos antimicrobianos de procariotas, [34] organismos acuáticos como peces, [35] [36] y mariscos, [37] y monotremas como los equidnas. [38] [39]

En la competencia de las células bacterianas y las células huésped con los péptidos antimicrobianos, los péptidos antimicrobianos interactuarán preferentemente con las células bacterianas y las células de los mamíferos, lo que les permite matar microorganismos sin ser significativamente tóxicos para las células de los mamíferos. [40] La selectividad es una característica muy importante de los péptidos antimicrobianos y puede garantizar su función como antibióticos en los sistemas de defensa del huésped.

Con respecto a las células cancerosas, ellas mismas también secretan péptidos antimicrobianos humanos, incluida la defensina, y en algunos casos, se informa que son más resistentes que las células normales circundantes. Por lo tanto, no podemos concluir que la selectividad sea siempre alta contra las células cancerosas. [41] [42]

Factores Editar

Hay algunos factores que están estrechamente relacionados con la propiedad de selectividad de los péptidos antimicrobianos, entre los cuales la propiedad catiónica es la que más contribuye. Dado que la superficie de las membranas bacterianas está más cargada negativamente que las células de mamíferos, los péptidos antimicrobianos mostrarán diferentes afinidades hacia las membranas bacterianas y las membranas celulares de mamíferos. [43]

Además, también hay otros factores que afectarán la selectividad. Es bien sabido que el colesterol normalmente se distribuye ampliamente en las membranas celulares de los mamíferos como agentes estabilizadores de la membrana, pero está ausente en las membranas celulares bacterianas y la presencia de estos colesteroles generalmente también reducirá las actividades de los péptidos antimicrobianos, debido a la estabilización de la bicapa lipídica. o interacciones entre el colesterol y el péptido. Por tanto, el colesterol de las células de los mamíferos protegerá a las células del ataque de los péptidos antimicrobianos. [44]

Además, es bien sabido que el potencial transmembrana afecta las interacciones péptido-lípido. [45] Existe un potencial transmembrana negativo interno que existe desde la valva exterior hasta la valva interna de las membranas celulares y este potencial transmembrana negativo interno facilitará la permeabilización de la membrana, probablemente al facilitar la inserción de péptidos cargados positivamente en las membranas. En comparación, el potencial transmembrana de las células bacterianas es más negativo que el de las células de mamíferos normales, por lo que la membrana bacteriana será propensa a ser atacada por los péptidos antimicrobianos cargados positivamente.

De manera similar, también se cree que el aumento de la fuerza iónica, [44] que en general reduce la actividad de la mayoría de los péptidos antimicrobianos, contribuye parcialmente a la selectividad de los péptidos antimicrobianos al debilitar las interacciones electrostáticas necesarias para la interacción inicial.

Mecanismo Editar

Las membranas celulares de las bacterias son ricas en fosfolípidos ácidos, como el fosfatidilglicerol y la cardiolipina. [40] [46] Estos grupos de cabezas de fosfolípidos están fuertemente cargados negativamente. Por lo tanto, las valvas más externas de la bicapa que están expuestas al exterior de las membranas bacterianas son más atractivas para el ataque de los péptidos antimicrobianos cargados positivamente. Entonces, la interacción entre las cargas positivas de los péptidos antimicrobianos y las membranas bacterianas cargadas negativamente son principalmente las interacciones electrostáticas, que son la principal fuerza impulsora de la asociación celular. Además, dado que los péptidos antimicrobianos forman estructuras con una cara cargada positivamente y una cara hidrófoba, también existen algunas interacciones hidrófobas entre las regiones hidrófobas de los péptidos antimicrobianos y la superficie de fosfolípidos zwiteriónicos (eléctricamente neutra) de las membranas bacterianas, que actúan sólo como un efecto menor en este caso.

Por el contrario, la parte exterior de las membranas de las plantas y los mamíferos está compuesta principalmente de lípidos sin ninguna carga neta, ya que la mayoría de los lípidos con grupos de cabeza cargados negativamente se secuestran principalmente en la valva interior de las membranas plasmáticas. [43] Así, en el caso de las células de mamíferos, las superficies externas de las membranas generalmente están hechas de fosfatidilcolina zwiteriónica y esfingomielina, aunque una pequeña porción de las superficies externas de la membrana contiene algunos gangliósidos cargados negativamente. Por lo tanto, la interacción hidrofóbica entre la cara hidrofóbica de los péptidos antimicrobianos anfipáticos y los fosfolípidos de ion híbrido en la superficie celular de las membranas celulares de mamíferos juega un papel principal en la formación de la unión péptido-célula. [47] Sin embargo, la interacción hidrofóbica es relativamente débil en comparación con la interacción electrostática, por lo que los péptidos antimicrobianos interactuarán preferentemente con las membranas bacterianas. [ cita necesaria ]

Se ha utilizado interferometría de polarización dual in vitro estudiar y cuantificar la asociación con el grupo de cabezas, la inserción en la bicapa, la formación de poros y la eventual rotura de la membrana. [48] ​​[49]

Control Editar

Se ha realizado un gran esfuerzo para controlar la selectividad celular. Por ejemplo, se ha intentado modificar y optimizar los parámetros fisicoquímicos de los péptidos para controlar las selectividades, incluida la carga neta, la helicidad, la hidrofobicidad por residuo (H), el momento hidrofóbico (μ) y el ángulo subtendido por la hélice polar cargada positivamente. cara (Φ). [45] Se cree que otros mecanismos, como la introducción de D-aminoácidos y aminoácidos fluorados en la fase hidrófoba, rompen la estructura secundaria y, por lo tanto, reducen la interacción hidrófoba con células de mamíferos. También se ha descubierto que la sustitución de Pro → Nlys en péptidos antimicrobianos de giro β que contienen Pro fue una estrategia prometedora para el diseño de nuevos péptidos antimicrobianos selectivos de células bacterianas pequeñas con mecanismos de acción intracelulares. [50] Se ha sugerido que la unión directa de magainina a la superficie del sustrato disminuyó la unión celular inespecífica y condujo a un mejor límite de detección para células bacterianas como Salmonela y E. coli. [51]

Las bacterias utilizan diversas estrategias de resistencia para evitar la muerte de los péptidos antimicrobianos. [13] Algunos microorganismos alteran las cargas superficiales netas. Staphylococcus aureus transporta D-alanina desde el citoplasma a la superficie del ácido teicoico que reduce la carga negativa neta al introducir grupos amino básicos. [52] S. aureus también modifica sus membranas aniónicas vía MprF con L-lisina, aumentando la carga neta positiva. [52] La interacción de los péptidos antimicrobianos con los objetivos de la membrana puede estar limitada por el polisacárido de la cápsula de Klebsiella pneumoniae. [53] Se producen alteraciones en el lípido A. Salmonela Las especies reducen la fluidez de su membrana externa aumentando las interacciones hidrófobas entre un mayor número de colas de acilo del lípido A al agregar miristato al lípido A con 2-hidroximiristato y formando el lípido A heptaacilado al agregar palmitato. Se cree que el aumento del momento hidrófobo retarda o anula la inserción de péptidos antimicrobianos y la formación de poros. Los residuos sufren alteraciones en las proteínas de la membrana. En algunas bacterias Gram negativas, la alteración en la producción de proteínas de la membrana externa se correlaciona con la resistencia a la destrucción por péptidos antimicrobianos. [54] No tipificable Hemophilus influenzae transporta los AMP al interior de la celda, donde se degradan. Es más, H. influenzae remodela sus membranas para que parezca que la bacteria ya ha sido atacada con éxito por AMP, protegiéndola de ser atacada por más AMP. [55] Los transportadores de casetes de unión a ATP importan péptidos antimicrobianos y la bomba de salida de la división celular de nodulación de resistencia exporta péptidos antimicrobianos. [56] Ambos transportadores se relacionaron con la resistencia a los péptidos antimicrobianos. Las bacterias producen enzimas proteolíticas, que pueden degradar los péptidos antimicrobianos provocando su resistencia. [57] Las vesículas de la membrana externa producidas por bacterias gramnegativas se unen a los péptidos antimicrobianos y los secuestran de las células, protegiendo así las células. [58] También se sabe que las vesículas de la membrana externa contienen varias proteasas, peptidasas y otras enzimas líticas, que pueden tener un papel en la degradación de las moléculas extracelulares de péptidos y ácidos nucleicos, que si se les permite llegar a las células bacterianas pueden ser peligrosas para el células. La señalización cíclica-di-GMP también ha estado involucrada en la regulación de la resistencia a péptidos antimicrobianos en Pseudomonas aeruginosa [59]

Si bien estos ejemplos muestran que la resistencia puede evolucionar de forma natural, existe una creciente preocupación de que el uso de copias farmacéuticas de péptidos antimicrobianos pueda hacer que la resistencia ocurra con mayor frecuencia y rapidez. En algunos casos, la resistencia a estos péptidos utilizados como fármaco para tratar problemas médicos puede generar resistencia, no solo a la aplicación médica de los péptidos, sino a la función fisiológica de esos péptidos. [60] [61]

El enfoque del "caballo de Troya" para resolver este problema capitaliza la necesidad innata de hierro por parte de los patógenos. El “contrabando” de antimicrobianos en el patógeno se logra vinculándolos a sideróforos para su transporte. Aunque su concepto es simple, se han necesitado muchas décadas de trabajo para lograr el difícil obstáculo de transportar antimicrobianos a través de las membranas celulares de los patógenos. Se han revisado las lecciones aprendidas de los éxitos y fracasos de los fármacos conjugados de sideróforo evaluados durante el desarrollo de nuevos agentes utilizando el enfoque del "caballo de Troya". [62]

Los péptidos antimicrobianos son producidos por especies en todo el árbol de la vida, que incluyen:

  • las bacteriasp.ej.bacteriocina y muchos otros)
  • los hongosp.ej.peptaibols, plectasina y muchos otros)
  • cnidariap.ej.hidramacina, aurelina)
  • muchos de insectos y artrópodos (p.ej.cecropina, atacina, melitina, mastoparán, drosomicina) [63]
  • anfibios, ranas (magainina, dermaseptina, aureína y otras) [64] [65]
  • aves (p.ej. defensinas aviarias) [66]
  • y mamíferosp.ej.catelicidinas, alfa y beta defensinas, péptidos regIII)

La investigación ha aumentado en los últimos años para desarrollar imitaciones artificiales de péptidos antimicrobianos como los SNAPP, en parte debido al costo prohibitivo de producir AMP de origen natural. [67] Un ejemplo de esto es el péptido facialmente catiónico C18G, que fue diseñado a partir del dominio C-terminal del factor plaquetario IV humano. [68] Actualmente, el péptido antimicrobiano más utilizado es la nisina, siendo el único péptido antimicrobiano aprobado por la FDA, que se utiliza comúnmente como conservante artificial. [69] [ cita necesaria ]

Existen varias bases de datos bioinformáticas para catalogar péptidos antimicrobianos como ADAM (Base de datos de péptidos antimicrobianos), [70] APD (Base de datos de péptidos antimicrobianos), BioPD (Base de datos de péptidos biológicamente activos), CAMP (Colección de secuencias y estructuras de péptidos antimicrobianos) , [71] DBAASP (Base de datos de actividad antimicrobiana y estructura de péptidos) y LAMP (Linking AMPs).

Las bases de datos de péptidos antimicrobianos pueden dividirse en dos categorías según la fuente de péptidos que contienen, como bases de datos específicas y bases de datos generales. Estas bases de datos tienen varias herramientas para el análisis y la predicción de péptidos antimicrobianos. Por ejemplo, CAMP contiene predicción AMP, calculadora de funciones, búsqueda BLAST, ClustalW, VAST, PRATT, rueda helicoidal, etc. Además, ADAM permite a los usuarios buscar o navegar a través de relaciones AMP secuencia-estructura. Los péptidos antimicrobianos a menudo abarcan una amplia gama de categorías, como péptidos antifúngicos, antibacterianos y antituberculosos.

dbAMP: [72] Proporciona una plataforma en línea para explorar péptidos antimicrobianos con actividades funcionales y propiedades fisicoquímicas en datos de transcriptomas y proteomas. dbAMP es un recurso en línea que aborda varios temas, como anotaciones de péptidos antimicrobianos (AMP), incluida información de secuencia, actividades antimicrobianas, modificaciones postraduccionales (PTM), visualización estructural, potencia antimicrobiana, especies objetivo con concentración inhibitoria mínima (MIC), fisicoquímica propiedades o interacciones AMP-proteína.

Herramientas como PeptideRanker, [73] PeptideLocator, [74] y AntiMPmod [75] [76] permiten la predicción de péptidos antimicrobianos, mientras que otras se han desarrollado para predecir actividades antifúngicas y antituberculosas. [77] [78]


GRUPOS PRINCIPALES DE COMPUESTOS ANTIMICROBIANOS DE PLANTAS

Las plantas tienen una capacidad casi ilimitada para sintetizar sustancias aromáticas, la mayoría de las cuales son fenoles o sus derivados sustituidos con oxígeno (76). La mayoría son metabolitos secundarios, de los cuales se han aislado al menos 12.000, un número estimado en menos del 10 & # x00025 del total (195). En muchos casos, estas sustancias sirven como mecanismos de defensa de las plantas contra la depredación de microorganismos, insectos y herbívoros. Algunos, como los terpenoides, dan a las plantas sus olores, otros (quinonas y taninos) son responsables del pigmento vegetal. Muchos compuestos son responsables del sabor de las plantas (por ejemplo, la capsaicina terpenoide de los chiles), y algunas de las mismas hierbas y especias utilizadas por los humanos para condimentar los alimentos producen compuestos medicinales útiles (Tabla & # x200B (Tabla1). 1).

TABLA 1

Plantas que contienen actividad antimicrobiana & # x02009 a

Nombre comúnNombre científicoCompuestoClaseActividad d Toxicidad relativa b Referencia (s) c
AlfalfaMedicago sativa? Organismos grampositivos2.3
Pimienta de JamaicaPimenta dioicaEugenolAceite esencialGeneral2.5
ÁloeAloe barbadensis, Aloe veraLátexMezcla complejaCorynebacterium, Salmonela, Estreptococo, S. aureus2.7136
manzanaMalus sylvestrisFloretinaDerivado flavonoideGeneral3.0101
AshwagandhaWithania somniferumWithafarina ALactonaBacterias, hongos0.0
AvelozEuphorbia tirucalli? S. aureus0.0
Árbol de baelAegle marmelosAceite esencialTerpenoideHongos 179
Pera de bálsamoMomordica charantia? General1.0
BérberoBerberis vulgarisBerberinaAlcaloideBacterias, protozoos2.0140, 163
AlbahacaOcimum basilicumAceites esencialesTerpenoidesSalmonela, bacterias2.5241
BahíaLaurus nobilisAceites esencialesTerpenoidesBacterias, hongos0.7
Pimienta de betelPiper betelCatecoles, eugenolAceites esencialesGeneral1.0
Pimienta negraPiper nigrumPiperinaAlcaloideHongos Lactobacillus, Micrococos, E. coli, E. faecalis1.078
ArándanoVaccinium spp.FructosaMonosacáridoE. coli 158
Pimentero brasileñoSchinus terebinthifoliusTerebinthoneTerpenoidesGeneral1.0
BuchuBarosma setulinaAceite esencialTerpenoideGeneral2.0
BardanaArctium lappa Poliacetileno, taninos, terpenoidesBacterias, hongos, virus2.3
Botón de oroRanunculus bulbosusProtoanemoninaLactonaGeneral2.0
AlcaraveaCarum carvi CumarinasBacterias, hongos, virus 24, 26, 83, 193
Cáscara sagradaRhamnus purshianaTaninosPolifenolesVirus, bacterias, hongos1.0
Antraquinona
AnacardoAnacardium pulsatillaÁcidos salicílicosPolifenolesP. acnes
Bacterias, hongos 91
ricinoRicinus communis? General0.0
Canela de ceilánCinnamomum verumAceites esenciales, otrosTerpenoides, taninosGeneral2.0
ManzanillaMatricaria chamomillaÁcido himenÁcido fenólicoM. tuberculosis, S. typhimurium, S. aureus, helmintos2.326, 83, 193
& # x02014Cumarinas Virus 24
ChapparalLarrea tridentataÁcido nordihidroguaiaréticoLignanBacterias de la piel2.0
Chiles, pimentónCapsicum annuumCapsaicinaTerpenoideBacterias2.042, 107
ClavoSyzygium aromaticumEugenolTerpenoideGeneral1.7
CocaErythroxylum cocaCocaínaAlcaloideCocos gramnegativos y positivos0.5
BerberechoAgrostemma githago? General1.0
Uña de caballoTussilago farfara? General2.0
Cilantro, cilantroCoriandrum sativum? Bacterias, hongos
ArándanoVaccinium spp.FructosaMonosacáridoBacterias 17, 158, 159
Otro
Diente de leónTaraxacum officinale? C. albicans, S. cerevisiae2.7
eneldoAnethum graveolensAceite esencialTerpenoideBacterias3.0
EquináceaEchinaceae angustifolia? General 153
EucaliptoEucalyptus globulusTaninoPolifenolBacterias, virus1.5
& # x02014Terpenoide
HabaVicia fabaFabatinThioninBacterias
GambogeGarcinia hanburyi ResinaGeneral0.5
AjoAllium sativumAlicina, ajoenoSulfóxidoGeneral 150, 187, 188
Terpenoides sulfatados 250
GinsengPanax notoginseng SaponinasE. coli, Sporothrix schenckii, Estafilococo, Trichophyton2.7
Lirio de la gloriaGloriosa superbaColchicinaAlcaloideGeneral0.0
Sello de oroHydrastis canadensisBerberina, hidrastinaAlcaloidesBacterias Giardia duodenale, tripanosomas2.073
Plasmodios 163
Gotu kolaCentella asiaticaAsiatocósidoTerpenoideM. leprae1.7
Cáscara de pomeloCitrus paradisa TerpenoideHongos 209
Té verdeCamellia sinensisCatequinaFlavonoideGeneral2.0
Shigella 235
Vibrio 226
S. mutans 166
Virus 113
Harmel, ruePeganum harmala? Bacterias, hongos1.0
CáñamoCannabis sativa& # x003b2-Ácido resercíclicoÁcido orgánicoBacterias y virus1.0
AlheñaLawsonia inermisÁcido gálicoFenólicoS. aureus1.5
LúpuloHumulus lupulusLupulona, ​​humulonaÁcidos fenólicosGeneral2.3
& # x02014(Hemi) terpenoides
Rábano picanteArmoracia rusticana TerpenoidesGeneral
HisopoHyssopus officinalis& # x02014TerpenoidesVirus
Hierba (japonesa)Rabdosia trichocarpaTrichorabdal ATerpenoHelicobacter pylori 108
LantanaLantana camara? General1.0
& # x02014LawsoniaLawsoneQuinonaM. tuberculosis& # x02014
Lavanda-algodónSantolina chamaecyparissus? Bacterias grampositivas, Candida1.0213
Leguminosa (África Occidental)Millettia thonningiiAlpinumisoflavonaFlavonaEsquistosoma 175
Bálsamo de limónMelissa officinalisTaninosPolifenolesVirus 245
Verbena de limónAloysia triphyllaAceite esencialTerpenoideAscaris1.5
?E. coli, M. tuberculosis, S. aureus
RegalizGlycyrrhiza glabraGlabrolAlcohol fenólicoS. aureus, M. tuberculosis2.0
Nuez de la suerte, amarillaThevetia peruviana? Plasmodium0.0
Macis, nuez moscadaMyristica fragrans? General1.5
MaravillaCalendula officinalis? Bacterias2.7
MezquiteProsopis juliflora? General1.5
Tabaco de montañaÁrnica montanaHelaninasLactonasGeneral2.0
robleQuercus rubraTaninosPolifenoles
Quercetina (disponible comercialmente)Flavonoide 113
Aceite de olivaOlea europaeaHexanalAldehídoGeneral 120
CebollaAllium cepaAlicinaSulfóxidoBacterias Candida 239
piel de naranjaCitrus sinensis?TerpenoideHongos 209
Uva de oregonMahonia aquifoliaBerberinaAlcaloidePlasmodium2.0163
Trypanosomas, general 73
Pao d & # x02019arcoTabebuiaSesquiterpenosTerpenoidesHongos1.0
PapayaCarica papayaLátexMezcla de terpenoides, ácidos orgánicos, alcaloides.General3.034, 168, 191
Pasque-florPulsatilla de anémonaAnemoninasLactonaBacterias0.5
MentaMentha piperitaMentolTerpenoideGeneral
BígaroVinca menorReserpinaAlcaloideGeneral1.5
PeyoteLophophora williamsiiMescalinaAlcaloideGeneral1.5
PoinsettiaEuphorbia pulcherrima? General0.0
AmapolaPapaver somniferumOpioAlcaloides y otrosGeneral0.5
PatataSolanum tuberosum? Bacterias, hongos2.0
Postrado nudosoPolygonum aviculare? General2.0
Trébol de la pradera púrpuraPetalostemumPetalostemumolFlavonolBacterias, hongos 100
QuininaCinchona sp.QuininaAlcaloidePlasmodium spp.2.0
Rauvolfia, chandraRauvolfia serpentinaReserpinaAlcaloideGeneral1.0
RomeroRosmarinus officinalisAceite esencialTerpenoideGeneral2.3
PipirigalloOnobrychis viciifoliaTaninosPolifenolesBacterias ruminales 105
SasafrásSassafras albidum? Helmintos2.0
SabrosoSatureja montanaCarvacrolTerpenoideGeneral2.06
SennaCassia angustifoliaRheinAntraquinonaS. aureus2.0
Hortensia lisa, siete cortezasHydrangea arborescens? General2.3
Planta de serpienteRivea corymbosa? General1.0
Hierba de San Juan & # x02019sHypericum perforatumHipericina, otrosAntraquinonaGeneral1.7
Bandera dulce, cálamoAcorus calamus? Bacterias entéricas0.7
TansyTanacetum vulgareAceites esencialesTerpenoideHelmintos, bacterias2.0
EstragónArtemisia dracunculusÁcidos cafeicos, taninosTerpenoideVirus, helmintos2.5
Polifenoles 245
TomilloTimo vulgarÁcido cafeicoTerpenoideVirus, bacterias, hongos2.5
TimolAlcohol fenólico
TaninosPolifenoles
& # x02014Flavonas
Bardo de árbolPodocarpus nagiTotarolFlavonolP. acnes, otras bacterias grampositivas 123
NagilactonaLactonaHongos 121
122
Tua-TuaJatropha gossyphiifolia? General0.0
CúrcumaCurcuma longaCurcuminaTerpenoidesBacterias, protozoos 14
Aceite de cúrcuma
ValerianaValeriana officinalisAceite esencialTerpenoideGeneral2.7
SauceSalix albaSalicinaGlucósido fenólico
TaninosPolifenoles
Aceite esencialTerpenoide
GaulteriaGaultheria procumbensTaninosPolifenolesGeneral1.0
WoodruffGalium odoratum& # x02014CumarinaGeneral3.026, 83, 193
Virus 24
MilenramaAchillea millefolium? Virus, helmintos2.3
Pato amarilloRumex crispus? E. coli, Salmonela, Estafilococo1.0

Los fitoquímicos antimicrobianos útiles se pueden dividir en varias categorías, que se describen a continuación y se resumen en la Tabla & # x200B Tabla2. 2.

TABLA 2

Principales clases de compuestos antimicrobianos de & # x02009plantas

ClaseSubclaseEjemplo (s)MecanismoReferencia (s)
FenólicosFenoles simplesCatecolPrivación de sustrato174
EpicatequinaRotura de la membrana226
Ácidos fenólicosÁcido cinámico 66
QuinonasHipericinaSe unen a las adhesinas, forman un complejo con la pared celular, inactivan las enzimas.58, 114
FlavonoidesCrisinaSe unen a adhesinas175, 182
Flavonas Complejo con pared celular
AbisinonaInactivar enzimas32, 219
Inhibir la transcriptasa inversa del VIH164
FlavonolesTotarol?122
TaninosEllagitanninSe unen a las proteínas196, 210
& # x02003 Se unen a adhesinas192
& # x02003 Inhibición enzimática87, 33, 35
& # x02003 Privación de sustrato
& # x02003Complejo con pared celular
& # x02003 Interrupción de la membrana
& # x02003 Complejamiento de iones metálicos
CumarinasWarfarinaInteracción con el ADN eucariótico (actividad antiviral)26, 95, 113, 251
Terpenoides, aceites esenciales CapsaicinaRotura de la membrana42
Alcaloides BerberinaIntercalarse en la pared celular y / o el ADN15, 34, 73, 94
Piperina
Lectinas y polipéptidos Aglutinina específica de manosaBloquear la fusión o adsorción viral145, 253
FabatinFormar puentes de disulfuro
Poliacetilenos 8S-Heptadeca-2 (Z),9(Z) -dieno-4,6-diin-1,8-diol?62

Fenólicos y polifenoles

Fenoles simples y ácidos fenólicos.

Algunos de los fitoquímicos bioactivos más simples consisten en un solo anillo fenólico sustituido. Los ácidos cinámico y cafeico son representantes comunes de un amplio grupo de compuestos derivados del fenilpropano que se encuentran en el estado de oxidación más alto (Fig. & # X200B (Fig.1). 1).

Estructuras de sustancias químicas vegetales antimicrobianas comunes.

Tanto el estragón como el tomillo contienen ácido cafeico, que es eficaz contra virus (245), bacterias (31, 224) y hongos (58).

Tanto el catecol como el pirogalol son fenoles hidroxilados, que han demostrado ser tóxicos para los microorganismos. El catecol tiene dos grupos & # x02212OH y el pirogalol tiene tres. Se cree que el (los) sitio (s) y el número de grupos hidroxilo en el grupo fenol están relacionados con su toxicidad relativa para los microorganismos, con evidencia de que el aumento de la hidroxilación produce un aumento de la toxicidad (76). Además, algunos autores han encontrado que los fenoles más altamente oxidados son más inhibidores (192, 231). Los mecanismos que se cree que son responsables de la toxicidad fenólica para los microorganismos incluyen la inhibición enzimática por los compuestos oxidados, posiblemente a través de la reacción con grupos sulfhidrilo o mediante interacciones más inespecíficas con las proteínas (137).

Compuestos fenólicos que poseen una C3 Las cadenas laterales con un nivel más bajo de oxidación y que no contienen oxígeno se clasifican como aceites esenciales y, a menudo, también se citan como antimicrobianos. El eugenol es un representante bien caracterizado que se encuentra en el aceite de clavo (Fig. & # X200B (Fig.1). 1). El eugenol se considera bacteriostático contra hongos (58) y bacterias (224).

Quinonas.

Las quinonas son anillos aromáticos con dos sustituciones de cetonas (Fig. & # X200B (Fig.1). 1). Son de naturaleza ubicua y se caracterizan por ser altamente reactivos. Estos compuestos, al estar coloreados, son responsables de la reacción de pardeamiento en frutas y verduras cortadas o dañadas y son un intermediario en la ruta de síntesis de melanina en la piel humana (194). Su presencia en la henna le da a ese material sus propiedades de teñido (69). El cambio entre difenol (o hidroquinona) y dicetona (o quinona) se produce fácilmente a través de reacciones de oxidación y reducción. El potencial redox individual del par particular de quinona-hidroquinona es muy importante en muchos sistemas biológicos atestigua el papel de la ubiquinona (coenzima Q) en los sistemas de transporte de electrones de mamíferos. La vitamina K es una naftoquinona compleja. Su actividad antihemorrágica puede estar relacionada con su facilidad de oxidación en los tejidos corporales (85). Los aminoácidos hidroxilados se pueden convertir en quinonas en presencia de enzimas adecuadas, como una polifenoloxidasa (233). La reacción para la conversión de tirosina en quinona se muestra en la Fig. & # X200B Fig.2. 2.

Reacción para la conversión de tirosina en quinona.

Además de proporcionar una fuente de radicales libres estables, se sabe que las quinonas forman complejos irreversiblemente con los aminoácidos nucleofílicos en las proteínas (210), lo que a menudo conduce a la inactivación de la proteína y la pérdida de función. Por esa razón, la gama potencial de efectos antimicrobianos de las quinonas es grande. Los objetivos probables en la célula microbiana son las adhesinas de superficie expuesta, los polipéptidos de la pared celular y las enzimas unidas a la membrana. Las quinonas también pueden hacer que los sustratos no estén disponibles para el microorganismo. Como ocurre con todos los antimicrobianos de origen vegetal, se deben examinar a fondo los posibles efectos tóxicos de las quinonas.

Kazmi y col. (112) describió una antraquinona de Cassia italica, un árbol paquistaní, que era bacteriostático para Bacillus Anthracis, Corynebacterium pseudodiphthericum, y Pseudomonas aeruginosa y bactericida para Pseudomonas pseudomalliae. Hypericin, una antraquinona de St. John & # x02019s wort (Hypericum perforatum), ha recibido mucha atención en la prensa popular últimamente como antidepresivo, y Duke informó en 1985 que tenía propiedades antimicrobianas generales (58).

Flavonas, flavonoides y flavonoles.

Las flavonas son estructuras fenólicas que contienen un grupo carbonilo (a diferencia de los dos carbonilos en las quinonas) (Fig. & # X200B (Fig.1). 1). La adición de un grupo 3-hidroxilo produce un flavonol (69). Los flavonoides también son sustancias fenólicas hidroxiladas, pero se presentan como una C6-C3 unidad ligada a un anillo aromático. Dado que se sabe que las plantas los sintetizan en respuesta a una infección microbiana (56), no debería sorprender que se haya descubierto in vitro que son sustancias antimicrobianas eficaces contra una amplia gama de microorganismos. Su actividad se debe probablemente a su capacidad para formar complejos con proteínas extracelulares y solubles y para formar complejos con paredes celulares bacterianas, como se describió anteriormente para las quinonas. Los flavonoides más lipofílicos también pueden alterar las membranas microbianas (229).

Catequinas, la forma más reducida de la C3 unidad en compuestos flavonoides, merecen una mención especial. Estos flavonoides se han investigado exhaustivamente debido a su presencia en los tés verdes oolong. Hace algún tiempo se notó que los tés ejercían actividad antimicrobiana (227) y que contienen una mezcla de compuestos de catequina. Estos compuestos inhibidos in vitro Vibrio cholerae O1 (25), Streptococcus mutans (23, 185, 186, 228), Shigella (235) y otras bacterias y microorganismos (186, 224). Las catequinas inactivaron la toxina del cólera en Vibrio (25) e inhibió las glucosiltransferasas bacterianas aisladas en S. mutans (151), posiblemente debido a las actividades complejas descritas anteriormente para las quinonas. Esta última actividad se confirmó en pruebas in vivo de ratas convencionales. Cuando las ratas fueron alimentadas con una dieta que contenía 0,1 & # x00025 catequinas del té, caries de fisuras (causadas por S. mutans) se redujo en 40 & # x00025 (166).

Los compuestos flavonoides exhiben efectos inhibidores contra múltiples virus. Numerosos estudios han documentado la eficacia de flavonoides como swertifrancheside (172), glicirricina (de regaliz) (242) y crisina (48) contra el VIH. Más de un estudio ha encontrado que los derivados de flavona son inhibidores del virus respiratorio sincitial (VSR) (21, 111). Kaul y col. (111) proporcionan un resumen de las actividades y modos de acción de quercetina, naringina, hesperetina y catequina en monocapas de cultivo celular in vitro. Si bien la naringina no inhibió el virus del herpes simple tipo 1 (HSV-1), el poliovirus tipo 1, el virus de la parainfluenza tipo 3 o el VSR, los otros tres flavonoides fueron efectivos de varias maneras. Hesperetina redujo la replicación intracelular de los cuatro virus, la catequina inhibió la infectividad pero no la replicación intracelular de RSV y HSV-1 y la quercetina fue universalmente eficaz para reducir la infectividad. Los autores proponen que las pequeñas diferencias estructurales en los compuestos son críticas para su actividad y señalaron otra ventaja de muchos derivados de plantas: su bajo potencial tóxico. La dieta diaria occidental promedio contiene aproximadamente 1 g de flavonoides mixtos (124). No es probable que las concentraciones farmacológicamente activas sean dañinas para los huéspedes humanos.

Una isoflavona que se encuentra en una leguminosa de África occidental, la alpinumisoflavona, previene la infección por esquistosoma cuando se aplica tópicamente (175). La floretina, que se encuentra en ciertas serovares de manzanas, puede tener actividad contra una variedad de microorganismos (101). Galangina (3,5,7-trihidroxiflavona), derivada de la hierba perenne Helichrysum aureonitens, parece ser un compuesto particularmente útil, ya que ha mostrado actividad contra una amplia gama de bacterias grampositivas, así como hongos (2) y virus, en particular HSV-1 y virus coxsackie B tipo 1 (145).

La delimitación del posible mecanismo de acción de las flavonas y los flavonoides se ve obstaculizada por hallazgos contradictorios. Los flavonoides que carecen de grupos hidroxilo en sus anillos & # x003b2 son más activos contra los microorganismos que los que tienen los grupos & # x02212OH (38). Este hallazgo apoya la idea de que su objetivo microbiano es la membrana. Los compuestos lipofílicos alterarían más esta estructura. Sin embargo, varios autores también han encontrado el efecto contrario, es decir, a mayor hidroxilación, mayor actividad antimicrobiana (189). Este último hallazgo refleja el resultado similar para los fenólicos simples (ver arriba). Es seguro decir que no existe una previsibilidad clara del grado de hidroxilación y toxicidad para los microorganismos.

Taninos.

& # x0201cTannin & # x0201d es un nombre descriptivo general para un grupo de sustancias fenólicas poliméricas capaces de curtir el cuero o precipitar la gelatina de la solución, una propiedad conocida como astringencia. Sus pesos moleculares oscilan entre 500 y 3000 (87) y se encuentran en casi todas las partes de las plantas: corteza, madera, hojas, frutos y raíces (192). Se dividen en dos grupos, taninos hidrolizables y condensados. Los taninos hidrolizables se basan en ácido gálico, generalmente como múltiples ésteres con d -glucosa, mientras que los taninos condensados ​​más numerosos (a menudo llamados proantocianidinas) se derivan de monómeros flavonoides (Fig. & # X200B (Fig.1). 1). Los taninos pueden formarse por condensaciones de derivados de flavanos que han sido transportados a tejidos leñosos de plantas. Alternativamente, los taninos se pueden formar mediante la polimerización de unidades de quinona (76). Este grupo de compuestos ha recibido mucha atención en los últimos años, ya que se sugirió que el consumo de bebidas que contienen taninos, especialmente tés verdes y vinos tintos, puede curar o prevenir una variedad de enfermedades (198).

Se han asignado a los taninos muchas actividades fisiológicas humanas, como la estimulación de las células fagocíticas, la actividad tumoral mediada por el huésped y una amplia gama de acciones antiinfecciosas (87). Una de sus acciones moleculares es la de formar complejos con proteínas a través de las llamadas fuerzas inespecíficas, como los enlaces de hidrógeno y los efectos hidrófobos, así como mediante la formación de enlaces covalentes (87, 210). Así, su modo de acción antimicrobiana, como se describe en la sección sobre quinonas (ver arriba), puede estar relacionado con su capacidad para inactivar adhesinas microbianas, enzimas, proteínas transportadoras de la envoltura celular, etc. También forman complejos con polisacáridos (247). No se ha explorado la importancia antimicrobiana de esta actividad en particular. También hay evidencia de inactivación directa de microorganismos: bajas concentraciones de taninos modifican la morfología de los tubos germinativos de Crinipellis perniciosa (33). Los taninos en las plantas inhiben el crecimiento de insectos (196) y alteran los eventos digestivos en los animales ruminales (35).

Scalbert (192) revisó las propiedades antimicrobianas de los taninos en 1991. Enumeró 33 estudios que habían documentado las actividades inhibidoras de los taninos hasta ese momento. Según estos estudios, los taninos pueden ser tóxicos para los hongos filamentosos, las levaduras y las bacterias. Se ha determinado que los taninos condensados ​​se unen a las paredes celulares de las bacterias ruminales, evitando el crecimiento y la actividad de las proteasas (105). Aunque esto todavía es especulativo, los taninos se consideran al menos parcialmente responsables de la actividad antibiótica de los extractos metanólicos de la corteza de Terminalia alata encontrado en Nepal (221). Esta actividad se mejoró mediante la activación con luz ultravioleta (320 a 400 nm a 5 W / m 2 durante 2 h). Al menos dos estudios han demostrado que los taninos son inhibidores de las transcriptasas inversas virales (111, 155).

Cumarinas.

Las cumarinas son sustancias fenólicas compuestas de benceno fusionado y anillos de & # x003b1-pirona (161). Son los responsables del olor característico del heno. En 1996, se habían identificado al menos 1.300 (95). Su fama proviene principalmente de sus actividades antitrombóticas (223), antiinflamatorias (177) y vasodilatadoras (152). La warfarina es una cumarina particularmente conocida que se utiliza tanto como anticoagulante oral como, curiosamente, como raticida (113). También puede tener efectos antivirales (24). Se sabe que las cumarinas son altamente tóxicas en roedores (232) y, por lo tanto, la comunidad médica las trata con precaución. Sin embargo, estudios recientes han demostrado un & # x0201c metabolismo dependiente de la especie pronunciado & # x0201d (244), por lo que muchos estudios en animales in vivo no pueden extrapolarse a los seres humanos. Parece que los derivados cumarínicos tóxicos pueden excretarse de forma segura en la orina en los seres humanos (244).

Varias otras cumarinas tienen propiedades antimicrobianas. R. D. Thornes, que trabajaba en el Boston Lying-In Hospital en 1954, buscó un agente para tratar la candidiasis vaginal en sus pacientes embarazadas. Se encontró in vitro que la cumarina inhibe Candida albicans. (Durante las pruebas in vivo posteriores en conejos, el suministro de agua con cumarina se administró inadvertidamente a todos los animales en la instalación de investigación y se descubrió que era un potente agente anticonceptivo cuando los programas de reproducción comenzaron a fallar & # x0005b225 & # x0005d). Los efectos se describieron más tarde (206).

Como grupo, se ha descubierto que las cumarinas estimulan los macrófagos (37), lo que podría tener un efecto negativo indirecto sobre las infecciones. Más específicamente, la cumarina se ha utilizado para prevenir la reaparición del herpes labial causado por el VHS-1 en los seres humanos (24), pero se ha encontrado que es ineficaz contra la lepra (225). Los ácidos hidroxicinámicos, relacionados con las cumarinas, parecen inhibir las bacterias grampositivas (66). Además, las fitoalexinas, que son derivados hidroxilados de las cumarinas, se producen en las zanahorias en respuesta a la infección por hongos y se puede presumir que tienen actividad antifúngica (95). Se documentó actividad antimicrobiana general en la aspa (Galium odoratum) extractos (224). Con todo, los datos sobre las propiedades antibióticas específicas de las cumarinas son escasos, aunque muchos informes dan motivos para creer que estos fitoquímicos pueden tener alguna utilidad (26, 83, 193). Se justifica más investigación.

Terpenoides y aceites esenciales

La fragancia de las plantas se transmite en la llamada quinta essentia o fracción de aceite esencial. Estos aceites son metabolitos secundarios que están altamente enriquecidos en compuestos basados ​​en una estructura de isopreno (Fig. & # X200B (Fig.1). 1). Se llaman terpenos, su estructura química general es C10H16, y se presentan como diterpenos, triterpenos y tetraterpenos (C20, C30, y C40), así como hemiterpenos (C5) y sesquiterpenos (C15). Cuando los compuestos contienen elementos adicionales, generalmente oxígeno, se denominan terpenoides.

Los terpenoides se sintetizan a partir de unidades de acetato y, como tales, comparten su origen con los ácidos grasos. Se diferencian de los ácidos grasos en que contienen ramificaciones extensas y se ciclan. Ejemplos de terpenoides comunes son el metanol y el alcanfor (monoterpenos) y el farnesol y la artemisina (sesquiterpenoides). La artemisina y su derivado & # x003b1-arteether, también conocido con el nombre de qinghaosu, encuentran un uso actual como antipalúdicos (237). En 1985, el comité directivo del grupo de trabajo científico de la Organización Mundial de la Salud decidió desarrollar este último fármaco como tratamiento para la malaria cerebral.

Los terpenenos o terpenoides son activos contra bacterias (4, 8, 22, 82, 90, 121, 144, 197, 220, 221), hongos (18, 84, 122, 179, 180, 213, 221), virus (74, 86, 173, 212, 246) y protozoos (78, 237).En 1977, se informó que 60 & # x00025 de los derivados de aceites esenciales examinados hasta la fecha eran inhibidores de hongos, mientras que 30 & # x00025 inhibían las bacterias (39). El ácido betulínico triterpenoide es solo uno de varios terpenoides (ver más abajo) que se ha demostrado que inhiben el VIH. El mecanismo de acción de los terpenos no se comprende completamente, pero se especula que implica la rotura de la membrana por los compuestos lipofílicos. En consecuencia, Mendoza et al. (144) encontraron que el aumento de la hidrofilia de los diterpenoides kaureno mediante la adición de un grupo metilo redujo drásticamente su actividad antimicrobiana. Los científicos de alimentos han descubierto que los terpenoides presentes en los aceites esenciales de las plantas son útiles para el control de Listeria monocytogenes (dieciséis). Se descubrió que el aceite de albahaca, una hierba disponible comercialmente, es tan eficaz como 125 ppm de cloro para desinfectar las hojas de lechuga (241).

Los chiles son un alimento que se encuentra de manera casi ubicua en muchas culturas mesoamericanas (44). Su uso puede reflejar más que un deseo de condimentar los alimentos. Muchos nutrientes esenciales, como vitamina C, provitaminas A y E, y varias vitaminas B, se encuentran en los chiles (27). Un constituyente terpenoide, la capsaicina, tiene una amplia gama de actividades biológicas en los seres humanos, que afectan los sistemas nervioso, cardiovascular y digestivo (236), además de encontrar uso como analgésico (47). La evidencia de su actividad antimicrobiana es mixta. Recientemente, Cichewicz y Thorpe (42) encontraron que la capsaicina podría mejorar el crecimiento de Candida albicans pero que claramente inhibió varias bacterias en diferentes grados. Aunque posiblemente sea perjudicial para la mucosa gástrica humana, la capsaicina también es bactericida para Helicobacter pylori (106). Otro diterpeno de sabor picante, aframodial, de una especia de Camerún, es un antimicótico de amplio espectro (18).

La fracción soluble en etanol del trébol de la pradera púrpura produce un terpenoide llamado petalostemumol, que mostró una excelente actividad contra Bacillus subtilis y Staphylococcus aureus y menor actividad contra bacterias gramnegativas, así como Candida albicans (100). Dos diterpenos aislados por Batista et al. (23) resultaron ser más democráticos y funcionaron bien contra Staphylococcus aureus, V. cholerae, P. aeruginosa, y Candida spp. Cuando se observó que los residentes de Mali usaban la corteza de un árbol llamado Ptelopsis suberosa Para el tratamiento de úlceras gástricas, los investigadores probaron fracciones que contienen terpenoides en 10 ratas antes y después de que las ratas tuvieran úlceras inducidas químicamente. Descubrieron que los terpenoides impedían la formación de úlceras y disminuían la gravedad de las úlceras existentes. No está claro si esta actividad se debió a la acción antimicrobiana oa la protección de la mucosa gástrica (53). Kadota y col. (108) encontraron que el trichorabdal A, un diterpeno de una hierba japonesa, podría inhibir directamente H. pylori.

Alcaloides

Los compuestos nitrogenados heterocíclicos se denominan alcaloides. El primer ejemplo médicamente útil de un alcaloide fue la morfina, aislada en 1805 de la adormidera. Papaver somniferum (69) el nombre morfina proviene del griego Morfeo, dios de los sueños. Tanto la codeína como la heroína son derivados de la morfina. Los alcaloides diterpenoides, comúnmente aislados de las plantas de la familia Ranunculaceae, o ranúnculos (107) (15), suelen tener propiedades antimicrobianas (163). Solamargina, un glicoalcaloide de las bayas de Solanum khasianum, y otros alcaloides pueden ser útiles contra la infección por VIH (142, 200) así como contra las infecciones intestinales asociadas con el SIDA (140). Si bien se ha descubierto que los alcaloides tienen efectos microbicidas (incluso contra Giardia y Entamoeba especies & # x0005b78 & # x0005d), el mayor efecto antidiarreico se debe probablemente a sus efectos sobre el tiempo de tránsito en el intestino delgado.

La berberina es un representante importante del grupo alcaloide. Es potencialmente eficaz contra tripanosomas (73) y plasmodios (163). El mecanismo de acción de los alcaloides cuaternarios planos altamente aromáticos como la berberina y el harmane (93) se atribuye a su capacidad para intercalar con el ADN (176).

Lectinas y polipéptidos

Los péptidos que son inhibidores de microorganismos se informaron por primera vez en 1942 (19). A menudo tienen carga positiva y contienen enlaces disulfuro (253). Su mecanismo de acción puede ser la formación de canales iónicos en la membrana microbiana (222, 253) o la inhibición competitiva de la adhesión de proteínas microbianas a los receptores polisacáridos del huésped (202). El interés reciente se ha centrado principalmente en el estudio de los péptidos y lectinas anti-VIH, pero la inhibición de bacterias y hongos por estas macromoléculas, como la de las herbáceas Amaranthus, se conoce desde hace mucho tiempo (50).

Las tioninas son péptidos que se encuentran comúnmente en la cebada y el trigo y consisten en 47 residuos de aminoácidos (45, 143). Son tóxicos para las levaduras y las bacterias gramnegativas y grampositivas (65). Las tioninas AX1 y AX2 de la remolacha azucarera son activas contra los hongos pero no contra las bacterias (118). Fabatin, un péptido de 47 residuos recientemente identificado de las habas, parece estar estructuralmente relacionado con las & # x003b3-tioninas de los granos e inhibe E. coli, P. aeruginosa, y Enterococcus hirae pero no Candida o Saccharomyces (253).

Las moléculas de lectina más grandes, que incluyen lectinas específicas de manosa de varias plantas (20), MAP30 de melón amargo (128), GAP31 de Gelonium multiflorum (28) y jacalina (64), inhiben la proliferación viral (VIH, citomegalovirus), probablemente al inhibir la interacción viral con componentes críticos de la célula huésped. Vale la pena enfatizar que moléculas y compuestos como estos, cuyo modo de acción puede ser inhibir la adhesión, no serán detectados usando la mayoría de los protocolos generales de detección de antimicrobianos de plantas, incluso con los procedimientos de fraccionamiento guiados por bioensayo (131, 181) utilizados por los métodos naturales. productos químicos (ver más abajo). Es un área de la etnofarmacología que merece atención, por lo que las pantallas iniciales de plantas potencialmente farmacológicamente activas (descritas en las referencias 25, 43 y 238) pueden resultar más útiles.

Mezclas

La barra de mascar se usa ampliamente en los países africanos como ayuda para la higiene bucal (en lugar de un cepillo de dientes) (156). Los palitos de mascar provienen de diferentes especies de plantas, y dentro de un palito el componente químicamente activo puede ser heterogéneo (5). Extractos brutos de una especie utilizados para este fin, Serindeia werneckei, inhibió los patógenos periodontales Porphyromonas gingivalis y Bacteroides melaninogenicus in vitro (183). El componente activo de la barra de mascar nigeriana (Fagara zanthoxyloides) constaba de varios alcaloides (157). Aún no se sabe si estos compuestos, utilizados durante mucho tiempo en los países en desarrollo, podrían encontrar uso en el mundo occidental.

Papaya (Carica papaya) produce una savia lechosa, a menudo llamada látex, que es una mezcla compleja de productos químicos. El principal de ellos es la papaína, una enzima proteolítica conocida (162). También está presente un alcaloide, la carpaína (34). Los terpenoides también están presentes y pueden contribuir a sus propiedades antimicrobianas (224). Osato y col. (168) encontraron que el látex es bacteriostático para B. subtilis, Enterobacter cloacae, E. coli, Salmonella typhi, Staphylococcus aureus, y Proteus vulgaris.

El ayurveda es un tipo de artesanía curativa que se practica en la India, pero no es desconocida en los Estados Unidos. Los médicos ayurvédicos confían en los extractos de plantas, tanto en preparaciones de una sola planta como en formulaciones mixtas. Las preparaciones tienen nombres líricos, como Ashwagandha (Withania somnifera raíz) (54), Cauvery 100 (una mezcla) (133) y Livo-vet (125). Estas preparaciones se utilizan para tratar tanto a animales como a seres humanos (125). Además de sus actividades antimicrobianas, se ha descubierto que tienen propiedades antidiarreicas (134), inmunomoduladoras (54, 133), anticancerígenas (59) y psicotrópicas (201). Los estudios in vivo de Abana, una formulación ayurvédica, encontraron una ligera reducción de las arritmias cardíacas inducidas experimentalmente en perros (75). Dos microorganismos contra los cuales tienen actividad las preparaciones ayurvédicas son Aspergilo spp. (54) y Propionibacterium acnes (170). (El estudio de aspergilosis se realizó con ratones in vivo y, por lo tanto, es imposible determinar si los efectos se deben a la estimulación de la actividad de los macrófagos en todo el animal y no a los efectos antimicrobianos directos).

La toxicidad de las preparaciones ayurvédicas ha sido objeto de algunas especulaciones, especialmente porque algunas de ellas incluyen metales. Prpic-Majic y col. identificaron altos niveles de plomo en la sangre de voluntarios adultos que se habían automedicado con medicamentos ayurvédicos (178).

El propóleo es un extracto crudo del bálsamo de varios árboles, a menudo se le llama pegamento de abeja, ya que las abejas lo recogen de los árboles. Su composición química es muy compleja: al igual que los látex descritos anteriormente, están presentes terpenoides, flavonoides, ácidos y ésteres benzoicos, y ésteres y ácidos fenólicos sustituidos (9). Se encontró que los ácidos cinámicos sintéticos, idénticos a los del propóleo, inhiben la actividad de hemaglutinación del virus de la influenza (199). Amoros y col. encontraron que el propóleo era activo contra un mutante resistente al aciclovir de HSV-1, adenovirus tipo 2, virus de la estomatitis vesicular y poliovirus (9). Las mezclas de sustancias químicas, como las que se encuentran en el látex y el propóleo, pueden actuar de forma sinérgica. Si bien los componentes flavona y flavonol eran activos de forma aislada contra el HSV-1, varios flavonoides incubados simultáneamente con el virus fueron más efectivos que los productos químicos individuales, una posible explicación de por qué el propóleo es más efectivo que sus compuestos individuales (10). Por supuesto, es más probable que las mezclas contengan componentes tóxicos, y deben ser investigadas y estandarizadas a fondo antes de aprobarse para su uso a gran escala en Occidente.

Otros compuestos

Se ha descubierto que muchos fitoquímicos no mencionados anteriormente ejercen propiedades antimicrobianas. Esta revisión ha intentado centrarse en informes de sustancias químicas que se encuentran activas en múltiples casos. Debe mencionarse, sin embargo, que existen informes de propiedades antimicrobianas asociadas con poliaminas (en particular espermidina) (70), isotiocianatos (57, 104), tiosulfinatos (215) y glucósidos (149, 184).

Los poliacetilenos merecen una mención especial. Estevez-Braun y col. aislado una C17 compuesto de poliacetileno de Bupleurum salicifolium, una planta originaria de Canarias. El compuesto, 8S-heptadeca-2 (Z),9(Z) -dieno-4,6-diin-1,8-diol, era inhibidor de S. aureus y B. subtilis pero no a bacterias gramnegativas o levaduras (62). Los compuestos de acetileno y los flavonoides de plantas tradicionalmente utilizadas en Brasil para el tratamiento de la malaria y los trastornos hepáticos también se han asociado con la actividad antipalúdica (29).

Se ha escrito mucho sobre los efectos antimicrobianos del jugo de arándano. Históricamente, a las mujeres se les ha dicho que beban el jugo para prevenir e incluso curar las infecciones del tracto urinario. A principios de la década de 1990, los investigadores encontraron que el monosacárido fructosa presente en los jugos de arándano y arándano inhibía competitivamente la adsorción de patógenos. E. coli a las células epiteliales del tracto urinario, actuando como análogo de la manosa (252). Los estudios clínicos han confirmado los efectos protectores del jugo de arándano (17). Sin embargo, muchas frutas contienen fructosa y los investigadores ahora están buscando un segundo compuesto activo del jugo de arándano que contribuya a las propiedades antimicrobianas de este jugo (252).


Efectos inhibidores de los péptidos antimicrobianos sobre la inflamación inducida por lipopolisacáridos

Los péptidos antimicrobianos (AMP) suelen ser péptidos de moléculas pequeñas, que muestran una actividad antimicrobiana de amplio espectro, alta eficiencia y estabilidad. Para las cepas resistentes a múltiples antibióticos, los AMP desempeñan un papel importante en el desarrollo de nuevos antibióticos debido a sus actividades antimicrobianas de amplio espectro y mecanismo antimicrobiano específico. Además de la actividad antibacteriana de amplio espectro, los AMP también tienen actividad antiinflamatoria. La neutralización de los lipopolisacáridos (LPS) juega un papel clave en la acción antiinflamatoria de los AMP. Por un lado, los AMP pueden penetrar fácilmente la barrera de la pared celular al neutralizar el LPS para eliminar las bacterias gramnegativas que pueden provocar una infección. Por el contrario, los AMP también pueden inhibir la producción de citocinas inflamatorias biológicas para reducir la respuesta inflamatoria mediante la neutralización de los LPS circulantes. Además, los AMP también modulan el sistema inmunológico del huésped mediante la quimiotaxis de los leucocitos, para promover la proliferación, epitelización y angiogénesis de las células inmunitarias y, por tanto, desempeñan una función protectora. Esta revisión resume algunas investigaciones recientes sobre AMP antiinflamatorios, con un enfoque en la interacción de AMP y LPS en la última década.

1. Introducción

La inflamación es la parte que protege el tejido contra los factores de daño y es un componente importante del sistema inmunológico innato. El sistema inmunológico innato es una barrera funcional y física contra los microorganismos que es estimulada naturalmente por organismos patógenos a través de receptores de reconocimiento de patrones (PRR) en las células huésped [1]. Las células hospedadoras, como los monocitos y los macrófagos, son importantes para el sistema inmunitario innato, que pueden usarse como primera línea y reclutarse en el sitio de infección para defenderse de las bacterias patógenas. Algunas citocinas proinflamatorias son la molécula principal en las respuestas inmunitarias innatas mediadas por macrófagos [2].

El LPS juega un papel crucial en la fisiopatología de la sepsis por inflamación y el shock [3] causado por bacterias Gram-negativas. El LPS es un componente importante de la pared celular de las bacterias gramnegativas, que pueden liberarse durante la división celular bacteriana o la muerte. Una vez que el LPS se libera en el sistema sanguíneo, hará que los monocitos y las células fagocíticas produzcan grandes cantidades de citocinas, como el factor de necrosis tumoral.α (TNF-α), interleucina-6 (IL-6) e interleucina-8 (IL-8). La sobreexpresión de dichas citocinas puede provocar daños en múltiples órganos, como la sepsis. La sepsis se considera la enfermedad más común que causa mortalidad en la Unidad de Cuidados Intensivos (UCI) y no existe un fármaco eficaz y seguro contra ella. Los antibióticos utilizados en el tratamiento clínico de la inflamación han sido muy comunes, sin embargo, existen muchos efectos secundarios por su uso. Los antibióticos acelerarán la liberación de LPS bacteriano al matar las bacterias con el fin de activar el sistema inmunológico para que secrete citocinas y produzca una reacción de choque de endotoxinas. Por esta razón, es muy urgente buscar nuevos fármacos antiinflamatorios que puedan tener LPS tanto antibacterianos como neutralizantes.

Estudios recientes han encontrado que el AMP no solo es un agente bactericida de amplio espectro, sino que también puede interactuar directamente con el LPS para inhibir la liberación de citocinas inflamatorias y así inducir un efecto antiinflamatorio. El AMP puede ser la mejor opción para los nuevos medicamentos antiinflamatorios. Por esta razón, el AMP es especialmente atractivo y puede considerarse como un candidato para la terapéutica de la inflamación, debido a su potente actividad antibacteriana y alta afinidad por LPS.

Hasta ahora, hay más de 1000 AMP naturales que se han descubierto y aislado [9, 10]. Aunque estos AMP se derivan de varias especies y difieren en secuencia, la mayoría de ellos muestran una carga neta positiva y tienen estructuras secundarias bien definidas, como α-helicoidal o β-estructuras de hebras [5-8, 11-14]. La anfipaticidad y la hidrofobicidad de los AMP hacen que sean fáciles de interferir con la estabilidad de la membrana celular bacteriana, lo que provoca la fuga del contenido de las bacterias. Por otro lado, se encuentra que muchos péptidos antibacterianos también pueden neutralizar directamente LPS e inhibir la producción de citocinas inflamatorias, como TNF-α, IL-6 e IL-8, controlan las respuestas inmunitarias y reducen la lesión inflamatoria a través de la diferente regulación inmunitaria. Esta revisión se centra principalmente en la interacción de los antiinflamatorios AMP y LPS. También revisó cómo los AMP inhiben la inflamación inducida por LPS.

2. Inflamación inducida por LPS

El LPS es un componente estructural y funcional importante de las membranas externas de las bacterias Gram-negativas. Cubre más del 90% de la superficie celular bacteriana. Protege a las bacterias de los antibióticos como barrera física. El LPS consta de tres partes, como se muestra en la Figura 1: (i) lípido A hidrófobo que consta de dos glucosaminas, fosfato y una cantidad de ácido graso (ii) antígeno O hidrófilo que constituye un polímero de oligosacárido y (iii) núcleo de polisacárido que es la conexión entre las dos partes. El lípido A, la porción conservada de LPS, también es el componente activo de LPS, que expresa la actividad endotóxica. El lípido A consiste en un esqueleto de disacárido de glucosamina bisfosforilado que contiene de seis a siete cadenas de acilo graso por molécula. El oligosacárido central y el grupo fosfato de LPS muestran carga negativa, lo que significa que LPS exhibirá una fuerte afinidad por el catión [15].

El peso molecular único del LPS es de aproximadamente 10 kDa. Sin embargo, por encima de la concentración micelar crítica, el LPS puede formar agregados supramoleculares en ambientes acuosos, y el peso molecular de este complejo puede alcanzar los 1000 kDa [16].

Para la función de la membrana externa (especialmente LPS), juega un papel importante en la protección de las bacterias de los antibióticos. La tolerancia de las bacterias a los medicamentos está relacionada con el grosor de la capa de LPS, que puede evitar que las moléculas tóxicas entren en las bacterias y permitir que las bacterias sobrevivan en diferentes entornos. Mientras tanto, se cree que la barrera de LPS está estabilizada por cationes asociados a LPS (por ejemplo, Mg 2+) a través de puentes salinos que neutralizan las fuerzas repulsivas para unir moléculas de LPS adyacentes [17]. Protege a las bacterias de una variedad de moléculas hidrófobas de defensa del huésped mediante la valva orientada y fuertemente reticulada. En segundo lugar, la adhesión de las bacterias a la superficie de la célula huésped es necesaria para que las bacterias infecten al huésped. El LPS como molécula de adhesión juega un papel importante en la patogénesis de la inflamación. En tercer lugar, el LPS puede proteger a las bacterias de los fagocitos de la célula huésped. Por último, pero no menos importante, el LPS es también uno de los iniciadores eficientes de la respuesta inflamatoria innata [18].

Se ha reconocido ampliamente el importante papel de LPS en la inflamación inducida por bacterias gramnegativas. Los LPS pueden interactuar con varios tipos de células huésped e inducir inflamación.Es uno de los patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) altamente conservados que es reconocido por el receptor de reconocimiento de patrones, que induce la respuesta inmune innata. Como resultado del tratamiento con antibióticos contra la infección bacteriana, las bacterias liberan LPS durante la muerte celular, la división celular o el tratamiento con antibióticos [19]. Una vez que el LPS se libera en la circulación sanguínea, puede ser reconocido por la proteína sérica llamada proteína de unión a LPS (LBP) y formar complejos LBP-LPS. El LBP es una proteína esencial que estimula y amplifica la respuesta inflamatoria inducida por LPS que se encarga de identificar los monocitos. Puede reconocer LPS y transfiere LPS al receptor de superficie celular CD14 (mCD14) de células mononucleares o fagocíticas, formando el complejo LPS-CD14 para activar las células [20, 21]. Como CD14 no tiene dominio transmembrana, el complejo LPS-CD14 inicia la señalización intracelular al interactuar con otra proteína de membrana receptor 4 tipo Toll (TLR4). TLR4 es una proteína transmembrana, que puede reconocer ligandos específicos LPS. TLR4 se combina con LPS con la ayuda del MD-2. La vía TLR activa varias moléculas de señalización diferentes, como el factor nuclear κB (NF-κB) y quinasa regulada por señal extracelular (ERK) / c-Jun-NH2-quinasa (JNK) / p38 (como se muestra en la Figura 2). Los elementos de señalización inducen la secreción de citocinas proinflamatorias, incluido el TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-8, NO y especies reactivas de oxígeno (ROS) [22], que pueden liberar más citocinas inflamatorias del segundo lote, como el factor activador de plaquetas (PAF) y los leucotrienos (LT) [23-25 ]. Sin embargo, la sobreproducción desequilibrada conduce a múltiples daños en los órganos y, finalmente, a la muerte.

3. La propiedad del AMP que inhibe la inflamación

El primer péptido antimicrobiano, Cecropins, fue descubierto a partir de la polilla de seda gigante. Hyalophora cecropia por el científico sueco G. Boman a principios de los 70 del siglo pasado. Hasta ahora, se han caracterizado más de mil péptidos antimicrobianos en plantas y animales, incluso en bacterias y virus [26-29]. Según su estructura secundaria, los péptidos antimicrobianos se pueden dividir en cuatro grupos principales: (i) anfipáticos α-helices, (ii) β-moléculas laminares estabilizadas por dos o tres enlaces disulfuro, (iii) moléculas extendidas y (iv) estructuras en bucle o desordenadas (como se muestra en la Figura 3), siendo las dos primeras clases las más comunes en la naturaleza. A pesar de las diferentes estructuras y secuencias de los péptidos antimicrobianos, estos tienen algunas características comunes: (i) La mayoría de los péptidos antimicrobianos exhiben estructura anfifílica con superficie hidrofóbica compuesta por aminoácidos apolares y una cara hidrofílica que contiene residuos polares y cargados positivamente. (ii) Los péptidos antimicrobianos poseen cargas positivas y tienen un alto contenido de residuos hidrófobos. Las características estructurales de los péptidos antimicrobianos facilitan la interacción con las membranas bacterianas. Los péptidos antimicrobianos catiónicos podrían unirse a las membranas celulares bacterianas cargadas negativamente bajo la acción de la fuerza electrostática y luego insertar la membrana celular a través de la fuerza de interacción anfifílica e hidrofóbica, formando un canal iónico, causando eventualmente la muerte celular [30]. Debido a esta función, algunos péptidos antimicrobianos pueden proteger de la infección y la inflamación dirigiéndose directamente a los patógenos. Además, los péptidos antimicrobianos son componentes importantes de los sistemas de defensa innatos de todas las especies, formando la primera línea de defensa con un amplio espectro de actividad biológica contra los microorganismos patógenos. Pueden producirse en grandes cantidades en el sitio de infección o inflamación y erradicar rápidamente los microorganismos. Alalwani y col. encontró que, al estimular con LPS, los neutrófilos habían aumentado expresivamente la liberación de TNF-α en animales catiónicos deficientes en AMP CRAMP [31]. De manera similar, una deficiencia de la única catelicidina humana LL-37 (que consta de 37 residuos de aminoácidos) ha aumentado la susceptibilidad a las infecciones [32, 33]. Además, se encontró la relación entre la expresión de AMP con estados de infección e inflamación. Lars y col. informaron que la expresión de muchos péptidos de defensa humanos aumenta durante la infección y la inflamación y disminuye los niveles de defensa que prueban el papel de los péptidos antimicrobianos en el sistema inmunológico innato. Se han informado algunos péptidos de defensa del huésped, que exhibieron actividad inmunoestimulante. Neeloffer y col. encontró que LL-37 puede promover la generación de quimiocinas y citocinas inflamatorias IL-1β suprimiendo el ARN interferente pequeño (ARNip) en presencia de GAPDH. GAPDH se identificó como un socio de unión directo para LL-37 en monocitos. Excepto por la actividad antibacteriana y la actividad inmunorreguladora, los péptidos antimicrobianos poseen un efecto antiinflamatorio, inhiben la liberación de citocinas proinflamatorias y alivian la inflamación. Aaron y col. sugirió que la catelicidina LL-37 humana inhibe la IL-8 inducida por LPS de las células de monocitos THP-1. Utilizando un ensayo de inmunoabsorción ligado a enzimas (ELISA), B. Fatoumata et al. encontraron que el péptido antimicrobiano hepcidina inhibe la generación de citocinas proinflamatorias (como IL-6, IL-1β). Utilizando RT-PCR, Nagaoka et al. mostró que la defensina-2 humana redujo la producción de citocinas inflamatorias TNF-α. Sin embargo, en comparación con los antibióticos tradicionales, la capacidad de neutralizar los LPS de los péptidos antibacterianos los convirtió en el candidato del agente terapéutico frente a infecciones o inflamaciones sin efectos secundarios. ¿Cómo pueden los AMP suprimir la respuesta inflamatoria al interactuar con LPS? Las interacciones entre ellos se dividen en tres partes.

4. La interacción entre AMP y LPS

4.1. Enlace de AMP a LPS

La unión de AMP con LPS juega un papel importante tanto en la actividad antibacteriana como en la actividad antiinflamatoria. Li y col. utilizó varios enfoques, incluido el ensayo basado en ELISA, la espectroscopia de correlación de fluorescencia (FCS) y la resonancia de plasmón de superficie (SPR) y descubrió que el péptido S3, que se derivó del dominio Sushi3 del Factor C, podría unirse directamente con LPS. Este trabajo demostró que el dímero del péptido antimicrobiano S3 tiene una capacidad de unión más fuerte a LPS, con una capacidad de neutralización de LPS del 50% a una concentración de 1 μM. Unión de Magainina 2 con LPS por su α-La estructura helicoidal hizo posible la fuga de liposomas que contienen LPS, y este efecto es más débil en liposomas sin LPS [34]. rBPI21 es un fragmento de la proteína BPI de neutrófilos en N-terminal. Es una bacteria Gram-negativa inhibidora selectiva y tiene una fuerte afinidad por LPS. rBPI21 puede causar la fuga de la membrana de bacterias Gram-negativas que es rica en fosfatidilglicerol con la interacción de LPS [35, 36]. ¿Cómo se une AMP a LPS y cuál es la propiedad clave que influye en la actividad de unión de AMP a LPS?

La hidrofobicidad y la carga son factores importantes que afectan la actividad bactericida de los péptidos antimicrobianos. Estas propiedades determinan la interacción entre los péptidos antimicrobianos y la membrana fosfolipídica bacteriana. Como LPS es un contenido de la membrana de fosfolípidos, la hidrofobicidad y la polaridad positiva pueden afectar la combinación de péptidos antimicrobianos y LPS. Primero, los AMP catiónicos realizan fuertes interacciones electrostáticas con el LPS cargado negativamente en la membrana de las bacterias Gram-negativas. Esto les permite acercarse y neutralizar la carga negativa. En segundo lugar, la hidrofobicidad de los AMP los hizo fáciles de incrustar en las micelas de LPS. La hidrofobicidad y la carga positiva de los péptidos antibacterianos pueden aumentar la capacidad de unión a LPS. Por ejemplo, Y. Rosenfeld diseñó una serie de péptidos que contienen doce aminoácidos y sus análogos conjugados con ácidos grasos consisten en isómeros D y L de Leu y Lys en diversas proporciones. Descubrió que agregar ácido graso al extremo N de péptidos antimicrobianos o usar aminoácidos hidrófobos para reemplazar el aminoácido hidrófilo puede aumentar su capacidad para unirse con LPS. Las diferentes proporciones de residuos hidrófobos y residuos cargados positivamente afectan su capacidad para combinarse con LPS. Cuanto mayor sea la proporción, mayor será la capacidad de unirse con LPS. Además, la eliminación de residuos hidrófobos de péptidos antimicrobianos debilita significativamente su capacidad para neutralizar LPS. Saurabh y col. usó Lys para reemplazar Glu en Temporin L mostrando que el aminoácido hidrófilo reemplazado por aminoácido catiónico puede mejorar la neutralización del LPS. Scott y col. informó que el péptido antimicrobiano CEMA es un análogo de CEME (un híbrido cecropina-melitina) con dos cargas positivas adicionales. Demostró que el aumento de la carga positiva puede fortalecer la capacidad de CEMA para combinarse con el LPS [37].

Además, la distancia entre los aminoácidos cargados positivamente también es significativa para la unión de LPS. De hecho, en los péptidos que se unen a LPS, como Pa4, un miembro del péptido antibacteriano Pardaxinas de las glándulas mucosas del lenguado, las distancias entre los grupos amino cargados de Lys y Arg varían de 12 Å a 15 Å, lo cual es consistente con la distancia interfosfato del resto del lípido A en LPS. Puede haber una compatibilidad geométrica entre los AMP y la conformación LPS [38]. Del mismo modo, Bhunia et al. utilizó RMN para estudiar la estructura y la interacción con LPS de AMP MSI-594 (el análogo de las magaininas) y encontró que los grupos de amonio cargados positivamente (H3N +) de residuos de Lys en las dos hélices mantienen un rango de distancia típico de 12-15 Å [ 39]. Domadia y col. encontraron que Phe reemplazado por Ala en MSI-594 afloja la estructura del péptido, lo que afecta su afinidad de LPS [40]. Por esta razón, los residuos cargados positivamente en el péptido pueden neutralizar la carga negativa en la porción del lípido A de LPS mientras que los residuos hidrófobos se insertan en la región del núcleo lipófilo con la ayuda de la estructura de ajuste de los AMP.

4.2. Efectos de AMP en la estructura agregada de LPS

Los efectos sobre la estructura agregada de LPS de AMP están estrechamente relacionados con la capacidad de neutralización de LPS. Heinbockel y colaboradores investigaron los efectos sobre las conformaciones agregadas de LPS de AMP, Hbγ-35 y Pep19-2.5, utilizando la técnica de dispersión de luz. Se encuentra que los dos péptidos interactúan de manera diferente con LPS. En presencia de Hbγ-35, los agregados de LPS se desagregan en forma cúbica. Y Hbγ-35 aumenta la secreción de TNF inducido por LPS-α en MNC humana. Por el contrario, Pep19-2.5 convirtió LPS de forma cúbica a multilaminar, lo que provoca la inhibición de TNF-α producción [41]. Kaconis y col. utilizó una variedad de técnicas biofísicas, como microscopía electrónica de congelación-fractura y dispersión de rayos X de ángulo pequeño con radiación sincrotrón (SAXS), para estudiar la neutralización de LPS de una serie de péptidos sintéticos. Su trabajo sugiere que la capacidad de formar LPS multilaminares se correlaciona directamente con la inhibición de la producción de citocinas estimuladas por LPS [42]. De manera similar, mediante el uso de microscopía electrónica de transmisión criogénica (Cryo-TEM), Chen et al. observaron que el LPS puro presenta fibrillas con formas cilíndricas. Sin embargo, en presencia del péptido G12.21, que puede neutralizar el LPS de manera eficiente, la estructura del LPS cambia a estructuras multilaminares estrechamente dispuestas [43]. Estos AMP pueden promover LPS formando agregaciones masivas, lo que puede facilitar la fagocitosis por macrófagos, evitando la activación de receptores celulares y previniendo la secreción de citocinas.

Sin embargo, algunos AMP inducen la desagregación en los agregados de LPS. Esta propiedad puede favorecer la actividad antibacteriana contra bacterias Gram negativas y puede promover la alteración de la pared celular de las bacterias Gram negativas. Por ejemplo, Domadia et al. exploró la alteración de los agregados de LPS por las interacciones con el péptido MSI-594 y el análogo MSI-594F5A, utilizando dispersión dinámica de luz (DLS). Se encuentra que cuando se dispersó LPS en el tampón fosfato, el diámetro se centra principalmente en 7000 nm. Sin embargo, hay un cambio dramático en la distribución de los tamaños de los agregados de LPS en presencia de los péptidos [40], que está de acuerdo con su actividad antimicrobiana contra las bacterias Gram-negativas. De manera similar, el efecto de desagregar los agregados de LPS del péptido antimicrobiano chensinina-1 es más débil que su análogo quensinina-1b, al igual que su actividad bacteriana contra bacterias Gram-negativas [44].

4.3. Las estructuras flexibles de AMP en LPS y efecto sobre los grupos de fosfato de LPS

Finalmente, la estructura de los AMP también afecta su combinación con LPS. Existen en diferentes formas estructurales en el entorno LPS. Se encuentra que muchos de los péptidos antimicrobianos exhiben la estructura de espiral aleatoria en soluciones acuosas, después de interactuar con LPS. La estructura secundaria de los péptidos antimicrobianos cambia de espiral aleatoria a α-hélice, como NRC-16 y magainina, y esto puede deberse a que es más probable que la estructura anfifílica interactúe con el lípido. Algunos péptidos están en β-girar, β-estructura de cadena, y β-estructura de horquilla [45]. Bhattacharjya y col. diseñó un péptido lineal YW12 con 12 residuos. En solución acuosa, YW12 existe como conformación en ausencia de LPS. Sin embargo, la estructura secundaria de YW12 se transforma de una bobina aleatoria a una estructura bien plegada en presencia de LPS. El terminal N de YW12 es una conformación o bucle extendido, y el terminal C tiene dos β-vira en LPS. Esta propiedad hace que YW12 sea fácilmente desplazable en un ambiente acuoso para acercarse a la capa de LPS. Además, la estructura flexible favorece la interacción con LPS. Tan y col. informó que el péptido S3 pasa por cambios conformacionales en presencia de un puente disulfuro, pasando de una espiral aleatoria a β-estructura de hoja, con un β-conformación de la hoja que se une al grupo principal del disacárido glucosamínico bisfosforilado de LA, principalmente mediante la formación de pares iónicos entre los fosfatos aniónicos de LA y las cadenas laterales catiónicas mediante espectrometría de dicroísmo circular [46]. los βLa estructura secundaria de la hoja de S3 puede prolongar y continuar la interacción y la alteración de las micelas de LPS [47]. Las técnicas de RMN confirman además que el terminal C catiónico de la melitina utiliza el terminal N hidrófobo de hélice local y no está estructurado y es dinámico en un entorno de LPS. El extremo C plegado actúa como elemento de anclaje e interrumpe la estructura del LPS. El MSI-594 helix-loop-helix o estructura de horquilla helicoidal, la conformación compacta, puede ayudar a la translocación de AMP a través de la endotoxina doble [28]. En conclusión, la estructura de espiral aleatoria de AMP favorece el movimiento en solución acuosa, y la estructura bien plegada en presencia de LPS favorece la interacción adicional con LPS. Uno de los sitios objetivo son los grupos fosfato dentro de LPS. Raquel Conde y sus colegas encontraron que hay cambios considerables en los modos de fosfato y azúcar de LPS R595 en presencia de PMB. En cuanto a los fosfatos, se produce una disminución drástica de las intensidades de banda a 1257 y 1221 cm -1, la primera corresponde a fosfato con baja hidratación, principalmente por el 4′-fosfato, y la última banda corresponde a fosfato con alta hidratación, principalmente debido al 1-fosfato [48]. La disminución de las intensidades se puede atribuir a una fuerte reducción de la movilidad de ambos grupos fosfato, lo que ilustra que PMB interactúa con los grupos fosfato de LPS. Dado que los grupos fosfato se incrustan profundamente en el LPS, la interacción con los grupos fosfato se considera el índice de penetración de la barrera LPS, lo que contribuye al efecto antibacteriano y antiinflamatorio.

5. Mecanismo de la inflamación inducida por LPS inhibida por péptidos antimicrobianos

El dolor lumbar juega un papel importante en la inflamación inducida por LPS y es el desencadenante de la inflamación inducida por LPS. La actividad de LPS se mejora mediante la combinación con LBP sérico. Sin embargo, los AMP se unen a LPS, inhibiendo la unión de LPS a LBP. Las catelicidinas, CAP18 (proteínas catiónicas antibacterianas de 18 kDa) y CAP11 (polipéptido catiónico antibacteriano de 11 kDa), fueron investigadas por Isao Nagaoka et al. Estos AMP pueden unirse a LPS y suprimir el TNF inducido por LPS.α expresión por la línea celular de macrófagos RAW264.7. Péptidos como el CP29 y la indolicidina bloquean la transmisión de la señal inflamatoria del LPS al competir con el LBP por la unión del LPS, lo que reduce, reduce las citocinas mediadas por LPS TNF-α liberar significativamente [49]. Cuando los péptidos antimicrobianos, LPS y LBP, se incuban juntos, un AMP puede prevenir con éxito la combinación de LPS con LBP, pero rara vez descompone los complejos LPS-LBP. G. Monisha y col. encontraron que, con el pretratamiento del péptido antimicrobiano MBI-28 con células fagocíticas durante una hora y la adición de un nuevo medio de cultivo de LPS después de eliminar el sobrenadante, MBI-28 aún suprime el TNF-α expresión de los macrófagos, lo que sugiere que existe otro mecanismo que inhibe la inflamación inducida por LPS. MBI-28 puede interactuar directamente con las células inmunitarias. Yosef Rosenfeld y col. habían confirmado que el péptido LL37 compite con el LPS por la unión al receptor CD14 de la membrana de la célula inmunitaria, evitando la unión de LPS y CD14 e inhibiendo la liberación de citocinas [47, 50-52]. Esto muestra que el AMP no solo puede unirse al LPS, sino que también interactúa con el receptor CD14 de la membrana de las células inmunes y, por lo tanto, inhibe la inflamación inducida por LPS. Estas propiedades hacen que los AMP sean candidatos a fármacos atractivos para el tratamiento del choque por endotoxinas y la sepsis causada por una infección bacteriana gramnegativa.

6. Función de AMP como reguladores inmunitarios innatos

La expresión de AMP es inducida principalmente por PRR, que puede reconocer PAMP inespecíficos altamente conservados. El LPS de las bacterias Gram-negativas es uno de los PAMP más activos y puede promover una inducción resistente del sistema inmunológico innato. Cuando PRR interactúa con PAMP, las células inmunes secretan quimiocinas, como IL-8, proteína quimiotáctica de monocitos 1 (MCP-1/3), que activan neutrófilos, mastocitos y células epiteliales que secretan AMP, como las defensinas. α y LL-37 [53, 54]. LL-37 puede interactuar con el receptor de formilo péptido 1 (FPR1) produciendo la quimiotaxis de monocitos, neutrófilos y linfocitos T. Otra investigación realizada por Hiemstra et al. demostraron que después de activar FPR1, LL-37 produce quimiotaxis de leucocitos y mejora la adhesión, la capacidad fagocítica, la liberación de oxígeno y la actividad antibacteriana, fortaleciendo así el sistema inmunológico [55, 56]. Los AMP también pueden inducir la desgranulación de los mastocitos, provocando la liberación de histamina y provocando vasodilatación seguida de la liberación de células inmunitarias en la sangre. En consecuencia, se indujo la apoptosis de los macrófagos y la activación de los linfocitos. Además, AMP puede mejorar la quimiotaxis de fibroblastos y la proliferación de células endoteliales y linfocitos y promover la cicatrización de heridas. Niyonsaba y col. encontrado que β-defensina-2 activación de las células y desgranulación de los mastocitos, seguida de la liberación de histamina y prostaglandina D2, aumento de la permeabilidad de la pared de los vasos sanguíneos [57].

7. Conclusión

El LPS juega un papel importante en la inflamación inducida por bacterias Gram-negativas. Los AMP no solo están destinados a matar patógenos a través de su actividad antimicrobiana, sino que también tienen una alta afinidad por LPS o receptores de membrana. Además, ciertos AMP tienen la función esencial de regular y equilibrar la respuesta inflamatoria del sistema inmunológico innato. Aunque los AMP tienen el potencial de neutralizar la endotoxina del LPS para tratar la infección o la inflamación, pocos de ellos utilizados con fines clínicos tienen el problema de estabilidad y esto debe estudiarse más en el futuro.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no existe ningún conflicto de intereses con respecto a la publicación de este artículo.

Expresiones de gratitud

Este trabajo cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (31272314), la Fundación de Ciencias Naturales de Liaoning (201202121) y el Programa para el Equipo de Investigación Innovadora de Liaoning en la Universidad (LT2015015).

Referencias

  1. C. A. Janeway Jr. y R. Medzhitov, "Introducción: el papel de la inmunidad innata en la respuesta inmune adaptativa", Seminarios de inmunología, vol. 10, no. 5, págs. 349–350, 1998. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  2. K. Murphy, Inmunobiología de Janeway, Garland Science, Nueva York, NY, EE. UU., 8.a edición, 2011.
  3. H. Breithaupt, "Los nuevos antibióticos", Biotecnología de la naturaleza, vol. 17, págs. 1165-1169, 1999. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  4. M. Caroff, D. Karibian, J.-M. Cavaillon y N. Haeffner-Cavaillon, "Análisis estructural y funcional de lipopolisacáridos bacterianos", Microbios e infección, vol. 4, no. 9, págs. 915–926, 2002. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  5. J. J. Gesell, M. Zasloff y S. J. Opella, “Los experimentos de RMN 1H bidimensionales muestran que el péptido antibiótico magainina de 23 residuos es un & # x3b1-hélice en micelas de dodecilfosfocolina, micelas de dodecilsulfato de sodio y solución de trifluoroetanol / agua " Revista de RMN biomolecular, vol. 9, no. 2, págs. 127-135, 1997. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  6. F. Bauer, K. Schweimer, E. Kl & # xfcver et al., “Determinación de la estructura de humanos y murinos & # x3b2-defensins revela la conservación estructural en ausencia de similitud de secuencia significativa ", Ciencia de las Proteínas, vol. 10, no. 12, págs. 2470–2479, 2001. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  7. N. Mandard, P. Sodano, H. Labbe et al., "Estructura en solución de tanatina, un potente péptido de insecto bactericida y fungicida, determinada a partir de datos de resonancia magnética nuclear bidimensional de protones", Revista europea de bioquímica, vol. 256, no. 2, págs. 404–410, 1998. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  8. A. Rozek, J. S. Powers, C. L. Friedrich y R. E. Hancock, "Diseño basado en la estructura de un análogo de péptido de indolicidina con mayor estabilidad de proteasa", Bioquímica, vol. 42, no. 48, págs. 14130–14138, 2003. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  9. M. Zasloff, "Péptidos antimicrobianos de organismos multicelulares", Naturaleza, vol. 415, no. 6870, págs. 389–395, 2002. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  10. J. A. Hoffmann, F. C. Kafatos, C. A. Janeway Jr. y R. A. B. Ezekowitz, "Perspectivas filogenéticas en la inmunidad innata", Ciencias, vol. 284, no. 5418, págs. 1313–1318, 1999. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  11. Y. Shai, "Modo de acción de los péptidos antimicrobianos activos de membrana", Ciencia de los péptidos, vol. 66, no. 4, págs. 236–248, 2002. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  12. K. Matsuzaki, “¿Por qué y cómo se utilizan las interacciones péptido-lípido para la autodefensa? Magaininas y taquiplesinas como arquetipos ", Biochimica et Biophysica Acta: Biomembranas, vol. 1462, no. 1-2, págs. 1–10, 1999. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  13. M. R. Yeaman y N. Y. Yount, "Mecanismos de acción y resistencia de péptidos antimicrobianos", Revisiones farmacológicas, vol. 55, no. 1, págs. 27–55, 2003. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  14. A. Tossi, L. Sandri y A. Giangaspero, “Amphipathic, & # x3b1-péptidos antimicrobianos helicoidales ” Biopolímeros, vol. 55, no. 1, págs. 4–30, 2000. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  15. C. R. H. Raetz y C. Whitfield, "Endotoxinas de lipopolisacáridos", Revisión anual de bioquímica, vol. 71, págs. 635–700, 2002. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  16. J. N. Israelachvili, Fuerzas intermoleculares y superficiales, Academic Press, Londres, Reino Unido, tercera edición, 2010.
  17. R. E. Hancock, "Alteraciones en la permeabilidad de la membrana externa", Revisión anual de microbiología, vol. 38, págs. 237–264, 1984. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  18. J. Cohen, "La inmunopatogénesis de la sepsis", Naturaleza, vol. 420, no. 6917, págs. 885–891, 2002. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  19. R. E. W. Hancock y M. G. Scott, "El papel de los péptidos antimicrobianos en las defensas de los animales", Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América, vol. 97, no. 16, págs. 8856–8861, 2000. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  20. R. R. Schumann, S. R. Leong, G. W. Flaggs et al., "Estructura y función de la proteína de unión a lipopolisacáridos", Ciencias, vol. 249, no. 4975, págs. 1429–1433, 1990. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  21. S. D. Wright, R. A. Ramos, P. S. Tobias, R. J. Ulevitch y J. C. Mathison, "CD14, un receptor para complejos de lipopolisacárido (LPS) y proteína de unión a LPS", Ciencias, vol. 249, no. 4975, págs. 1431–1433, 1990. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  22. S. Akira, S. Uematsu y O. Takeuchi, "Reconocimiento de patógenos e inmunidad innata", Celda, vol. 124, no. 4, págs. 783–801, 2006. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  23. B. P. Scicluna, C. van't Veer, M. Nieuwdorp et al., “Papel del factor de necrosis tumoral-& # x3b1 en el transcriptoma inducido por endotoxinas sistémicas humanas ", Más uno, vol. 8, no. 11, ID de artículo e79051, 2013. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  24. M.-F. Shih, L.-Y. Chen, P.-J. Tsai y J.-Y. Cherng, “Terapéutica in vitro e in vivo de & # x3b2-tujaplicina en la inflamación inducida por LPS en macrófagos y choque séptico en ratones ”. Revista internacional de inmunopatología y farmacología, vol. 25, no. 1, págs. 39–48, 2012. Ver en: Google Scholar
  25. R. Ladjouzi, A. Bizzini, F. Lebreton et al., “Análisis de la tolerancia de enterococos patógenos y Staphylococcus aureus a los antibióticos activos de la pared celular ", Revista de quimioterapia antimicrobiana, vol. 68, no. 9, ID de artículo dkt157, págs. 2083–2091, 2013. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  26. D. Andreu y L. Rivas, "Péptidos antimicrobianos animales: una descripción general", Biopolímeros y # x2014 Sección de ciencia de péptidos, vol. 47, no. 6, págs. 415–433, 1998. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  27. L. Rivas, J. R. Luque-Ortega y D. Andreu, "Péptidos antimicrobianos de anfibios y protozoos: lecciones de parásitos", Biochimica et Biophysica Acta: Biomembranas, vol. 1788, no. 8, págs. 1570–1581, 2009. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  28. Y. J. Gordon, E. G. Romanowski y A. M. McDermott, "Una revisión de los péptidos antimicrobianos y su potencial terapéutico como fármacos antiinfecciosos", Investigación ocular actual, vol. 30, no. 7, págs. 505–515, 2005. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  29. E. Guan & # xed-Guerra, T. Santos-Mendoza, S. O. Lugo-Reyes, y L. M. Ter & # xe1n, "Antimicrobial peptides: General Overview and Clinical Implications in Human Health and Disease", Inmunologia clinica, vol. 135, no. 1, págs. 1–11, 2010. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  30. W. Van 'T Hof, E. C. I. Veerman, E. J. Heimerhorst y A. V. N. Amerongen, "Péptidos antimicrobianos: propiedades y aplicabilidad", Química biológica, vol. 382, no. 4, págs. 597–619, 2001. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  31. S. M. Alalwani, J. Sierigk, C. Herr et al., "El péptido antimicrobiano LL-37 modula la respuesta de defensa inflamatoria y del huésped de los neutrófilos humanos", Revista europea de inmunología, vol. 40, no. 4, págs. 1118–1126, 2010. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  32. K. P & # xfctsep, G. Carlsson, H. G. Boman y M. Andersson, "Deficiencia de péptidos antibacterianos en pacientes con morbus Kostmann: un estudio de observación", La lanceta, vol. 360, no. 9340, págs. 1144–1149, 2002. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  33. P. Y. Ong, T. Ohtake, C. Brandt et al., "Péptidos antimicrobianos endógenos e infecciones de la piel en la dermatitis atópica", El diario Nueva Inglaterra de medicina, vol. 347, no. 15, págs. 1151–1160, 2002. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  34. P. Li, T. Wohland, B. Ho y J. L. Ding, “Perturbación de las micelas de lipopolisacárido (LPS) por el péptido antimicrobiano Sushi 3 (S3). La importancia de un enlace disulfuro intermolecular en el dímero S3 para la unión, disrupción y neutralización de LPS ”. La revista de química biológica, vol. 279, no. 48, págs. 50150–50156, 2004. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  35. A. Wiese, K. Brandenburg, B. Lindner et al., "Mecanismos de acción de la proteína bactericida / que aumenta la permeabilidad BPI en monocapas y agregados de endotoxinas y fosfolípidos", Bioquímica, vol. 36, no. 33, págs. 10301–10310, 1997. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  36. C.-Z. Chen, C.-Y. Nuestra h. Wang et al., "El papel de la proteína bactericida / que aumenta la permeabilidad en hombres con enfermedad pulmonar obstructiva crónica", EPOC, vol. 9, no. 2, págs. 197–202, 2012. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  37. M. G. Scott, H. Yan y R. E. W. Hancock, “Biological properties of estructurally related & # x3b1-Péptidos antimicrobianos catiónicos helicoidales ” Infección e inmunidad, vol. 67, no. 4, págs. 2005–2009, 1999. Ver en: Google Scholar
  38. A. Bhunia, P. N. Domadia, J. Torres, K. J. Hallock, A. Ramamoorthy y S. Bhattacharjya, "Estructura de RMN de pardaxina, un péptido antimicrobiano formador de poros, en micelas de lipopolisacáridos: mecanismo de permeabilización de la membrana externa", Revista de química biológica, vol. 285, no. 6, págs. 3883–3895, 2010. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  39. A. Bhunia, A. Ramamoorthy y S. Bhattacharjya, "Estructura de horquilla helicoidal de un potente péptido antimicrobiano MSI-594 en micelas de lipopolisacáridos por espectroscopia de RMN", Química, vol. 15, no. 9, págs. 2036–2040, 2009. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  40. PN Domadia, A. Bhunia, A. Ramamoorthy y S. Bhattacharjya, “Estructura, interacciones y actividades antibacterianas del péptido mutante derivado de MSI-594 MSI-594F5A en micelas de lipopolisacáridos: papel de la conformación de horquilla helicoidal en la permeabilización de la membrana externa, " Revista de la Sociedad Química Estadounidense, vol. 132, no. 51, págs. 18417–18428, 2010. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  41. L. Heinbockel, L. Palacios-Chaves, C. Alexander et al., “Mechanism of Hb& # x3b3-35 indujo un aumento en la activación del sistema inmunológico humano por endotoxinas ”. Inmunidad innata, vol. 21, no. 3, págs. 305–313, 2015. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  42. Y. Kaconis, I. Kowalski, J. Howe et al., "Mecanismos biofísicos de neutralización de endotoxinas por péptidos anfifílicos catiónicos", Revista biofísica, vol. 100, no. 11, págs. 2652–2661, 2011. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  43. X. Chen, J. Howe, J. Andr & # xe4 et al., "Análisis biofísico de la interacción de péptidos derivados de granulisina con endotoxinas enterobacterianas", Biochimica et Biophysica Acta, vol. 1768, no. 10, págs. 2421–2431, 2007. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  44. Y. Sun, W. Dong, L. Sun, L. Ma y D. Shang, "Información sobre el mecanismo de interacción de la membrana y las propiedades antibacterianas de la chensinina-1b", Biomateriales, vol. 37, págs. 299–311, 2015. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  45. R. Gopal, J. H. Lee, Y. G. Kim, M.-S. Kim, C. H. Seo e Y. Park, "Actividades antimicrobianas, anti-biofilm y selectividad celular del péptido NRC-16 derivado de la platija de bruja, Glyptocephalus cynoglossus,” Drogas marinas, vol. 11, no. 6, págs. 1836–1852, 2013. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  46. N. S. Tan, M. L. P. Ng, Y. H. Yau, P. K. W. Chong, B. Ho y J. L. Ding, "Definición de sitios de unión de endotoxinas en proteínas de sushi recombinantes del factor C de cangrejo de herradura y neutralización de endotoxinas por péptidos de sushi", El diario FASEB, vol. 14, no. 12, págs. 1801–1813, 2000. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  47. Y. H. Nan, J.-K. Bang, B. Jacob, I.-S. Park y S. Y. Shin, "Selectividad procariota y actividad neutralizadora de LPS de péptidos antimicrobianos cortos diseñados a partir del péptido antimicrobiano humano LL-37", Péptidos, vol. 35, no. 2, págs. 239–247, 2012. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  48. J. Howe, J. Andr & # xe4, R. Conde et al., "Análisis termodinámico de la resistencia dependiente de lipopolisacáridos de bacterias Gram-negativas contra polimixina B", Revista biofísica, vol. 92, no. 8, págs. 2796–2805, 2007. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  49. Y. Liu, B. Ni, J.-D. Ren et al., “Cyclic Limulus El péptido CLP-19 derivado del factor anti-lipopolisacárido (LPS) antagoniza la función del LPS al bloquear la unión a la proteína de unión al LPS ”. Boletín Biológico y Farmacéutico, vol. 34, no. 11, págs. 1678–1683, 2011. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  50. N. Mookherjee y R. E. W. Hancock, "Péptidos catiónicos de defensa del huésped: péptidos reguladores inmunitarios innatos como un enfoque novedoso para el tratamiento de infecciones", Ciencias de la vida celular y molecular, vol. 64, no. 7-8, págs. 922–933, 2007. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  51. K. Suzuki, T. Murakami, K. Kuwahara-Arai, H. Tamura, K. Hiramatsu e I. Nagaoka, "El péptido LL-37 de catelicidina antimicrobiana humana suprime la apoptosis de células endoteliales inducida por LPS", Inmunología internacional, vol. 23, no. 3, págs. 185–193, 2011. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  52. J. H. Moffatt, M. Harper, A. Mansell et al., “Lipopolisacárido deficiente Acinetobacter baumannii muestra una señalización alterada a través de receptores tipo toll del huésped y una mayor susceptibilidad al péptido antimicrobiano LL-37 del huésped ”, Infección e inmunidad, vol. 81, no. 3, págs. 684–689, 2013. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  53. A. V. Karapetyan, Y. M. Klyachkin, S. Selim et al., "Lípidos bioactivos y péptidos antimicrobianos catiónicos como nuevos reguladores potenciales para el tráfico de células madre derivadas de la médula ósea en pacientes con infarto agudo de miocardio", Células madre y desarrollo, vol. 22, no. 11, págs. 1645–1656, 2013. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  54. R. L. Williams, H. Y. Sroussi, K. Leung y P. T. Marucha, "El decapéptido antimicrobiano KSL-W mejora la quimiotaxis y la función de los neutrófilos", Péptidos, vol. 33, no. 1, págs. 1–8, 2012. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  55. M. G. Scott, E. Dullaghan, N. Mookherjee et al., "Un péptido antiinfeccioso que modula selectivamente la respuesta inmune innata", Biotecnología de la naturaleza, vol. 25, no. 4, págs. 465–472, 2007. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  56. H. Y. Lee y Y.-S. Bae, "El péptido antiinfeccioso, péptido regulador de defensa innato, estimula la quimiotaxis de neutrófilos a través de un receptor de formilo péptido", Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica, vol. 369, no. 2, págs. 573–578, 2008. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  57. F. Niyonsaba, A. Someya, M. Hirata, H. Ogawa e I. Nagaoka, “Evaluación de los efectos de los antibióticos peptídicos en humanos & # x3B2-defensinas-1 / -2 y LL-37 sobre la liberación de histamina y la producción de prostaglandina D2 a partir de los mastocitos ”. Revista europea de inmunología, vol. 31, no. 4, págs. 1066–1075, 2001. Ver en: Google Scholar

Derechos de autor

Copyright & # xA9 2015 Yue Sun y Dejing Shang. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo la licencia de atribución de Creative Commons, que permite el uso, distribución y reproducción sin restricciones en cualquier medio, siempre que el trabajo original se cite correctamente.


La investigación de la medicina del plasma destaca los efectos antibacterianos y los usos potenciales

UNIVERSITY PARK, Pa. - A medida que el interés en la aplicación de la medicina del plasma, el uso de plasma de baja temperatura (LTP) creado por una descarga eléctrica para abordar problemas médicos, continúa creciendo, también lo hace la necesidad de avances en la investigación que demuestren sus capacidades y impactos potenciales en la industria del cuidado de la salud. En todo el mundo, muchos grupos de investigación están investigando la medicina del plasma para aplicaciones que incluyen el tratamiento del cáncer y la curación acelerada de heridas crónicas, entre otras.

Investigadores de la Facultad de Ingeniería, la Facultad de Ciencias Agrícolas y la Facultad de Medicina de Penn State dicen que el tratamiento directo con LTP y los medios activados por plasma son tratamientos efectivos contra las bacterias que se encuentran en cultivos líquidos. Los investigadores también dicen que han ideado una forma única de crear plasma directamente en líquidos.

El equipo, compuesto por ingenieros, físicos, científicos veterinarios y biomédicos y profesionales médicos, está utilizando un chorro de plasma a presión atmosférica para usar plasma a temperatura ambiente (“frío”) para tratar bacterias.

Se utiliza un chorro de plasma a presión atmosférica para la esterilización de bacterias resistentes a los antibióticos. El plasma no es térmico y se puede aplicar al tejido vivo sin daño térmico.

El plasma, el cuarto estado de la materia, suele estar muy caliente, de miles a millones de grados. Mediante el uso de plasma generado a presión atmosférica o en líquidos, los investigadores pueden crear moléculas y átomos con efectos antibacterianos sin quemar nada. Sean Knecht, profesor asistente de diseño de ingeniería en Penn State y líder del Laboratorio Interdisciplinario de Ciencia e Ingeniería Integrada del Plasma, dijo que este proceso crea muchos tipos diferentes de partículas reactivas, lo que aumenta la probabilidad de que las mutaciones bacterianas combatan simultáneamente todas las partículas. casi inexistente.

Knecht explicó que los resultados de la investigación del equipo, publicados en Scientific Reports, muestran que la tecnología del plasma genera grandes cantidades de especies reactivas de oxígeno o partículas reactivas creadas a partir de moléculas que contienen átomos de oxígeno, incluidas moléculas de oxígeno en el aire y vapor de agua. El efecto del plasma sobre diferentes bacterias como E. coli y Staph. aureus es importante, lo que resulta en muchas muertes bacterianas a lo largo de varias generaciones.

“En el transcurso de cuatro generaciones de bacterias, estas bacterias no adquieren ninguna forma de resistencia al tratamiento con plasma”, dijo.

Girish Kirimanjeswara, profesor asociado de ciencias veterinarias y biomédicas en Penn State, dijo que esto es extremadamente importante debido a la forma típica en que las bacterias mutan, haciéndolas resistentes a los antibióticos.

Los antibióticos se dirigen a una vía metabólica específica, una proteína esencial o ácidos nucleicos en las bacterias. Debido a esto, los antibióticos deben ingresar a una célula bacteriana para encontrar y unirse a ese objetivo específico. Cualquier mutación bacteriana que disminuya la capacidad de entrada de un antibiótico o aumente su velocidad de salida hace que el antibiótico sea menos eficaz. Las mutaciones ocurren naturalmente a un ritmo bajo, pero pueden acumularse rápidamente por presión de selección cuando se introducen en antibióticos destinados a combatir las bacterias.

Según Kirimanjeswara, los resultados de la investigación del equipo muestran que el tratamiento con plasma produce varias especies reactivas de oxígeno en una concentración lo suficientemente alta como para matar bacterias, pero lo suficientemente baja como para no tener impactos negativos en las células humanas. Explicó que las especies de oxígeno se dirigen rápidamente a prácticamente todas las partes de las bacterias, incluidas las proteínas, los lípidos y los ácidos nucleicos.

"Uno puede llamarlo un enfoque de mazo", dijo Kirimanjeswara. "Es difícil desarrollar resistencia por una sola mutación o incluso por un montón de mutaciones".

El equipo también aplicó estos hallazgos para diseñar un sistema que puede crear plasma directamente en líquidos. Los investigadores tienen la intención de crear plasma en sangre para abordar las infecciones cardiovasculares directamente en la fuente. Para ello, se suele utilizar alta tensión eléctrica y grandes corrientes eléctricas. En el sistema de plasma creado por los investigadores, la corriente eléctrica y la energía que pueden llegar al paciente se minimizan mediante el uso de materiales dieléctricos o eléctricamente aislantes. Los materiales que el equipo normalmente usaría para crear el plasma incluyen vidrio y cerámica debido a su capacidad para soportar altas temperaturas locales. Estos materiales tienden a hacer que la sangre se coagule y pueden no ser muy flexibles, una necesidad si se van a utilizar en el sistema cardiovascular. El equipo está investigando revestimientos aislantes que sean biocompatibles o aceptables para el cuerpo humano y flexibles. Knecht dijo que el equipo identificó un polímero llamado Parileno-C y reportó los resultados iniciales en la revista IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences. El equipo sigue esta vía, ya que los polímeros tienen puntos de fusión bajos y es posible que no resistan la exposición repetida al plasma.

“Se pueden usar polímeros biocompatibles para la generación de plasma en líquidos biológicos, pero su vida útil es limitada”, dijo Knecht. “Deben desarrollarse nuevos diseños únicos de generación de plasma para producir descargas de plasma de menor intensidad que puedan prolongar su vida útil. Eso es en lo que seguimos trabajando ”.


Resumen

En una era de MDR creciente, en la que las bacterias están desarrollando resistencia a muchos tipos de antibióticos, se está volviendo muy difícil combatir las enfermedades infecciosas y curar a los pacientes, lo que resulta en una morbilidad y mortalidad graves. Los NP son una alternativa viable a los antibióticos y parecen tener un gran potencial para resolver el problema de la aparición de MDR bacteriano. La revisión en profundidad actual de los mecanismos antibacterianos puede contribuir al desarrollo de NP antibacterianas eficientes y a la prevención de la citotoxicidad de las NP.


Ver el vídeo: Movimiento del oxígeno desde los alvéolos hasta los capilares. Khan Academy en Español (Febrero 2023).