Bakterier och antibakteriella substanser inom farmakognosi Bakteriella symbionter Insekter Värd: Apterostigma dentigerum – bladskärarmyra. Substans: Dentigerumycin – fungicid. Bakterie: Pseudonocardia sp – en aktinobakterie som myran bär i hålrum vid lederna och ger näring genom exokrina körtlar. Bakteriella symbionter Sjöpungar Värd: Lissoclinum patella – sjöpung. Substans: Patellamide C – en makrocyklisk peptid, cytotoxisk mot cancerceller. Bakterie: Prochloron didemni – en fotosyntetiserande cyanobakterie. Bakteriella symbionter Svampar Värd: Rhizopus microsporus – svamp som orsakar rotröta på risplantor. Product: Rhizoxin – en antimitotisk tumörhämmare Bakterie: Burkholderia rhizoxinica – en intracellulär symbiont vars rhizoxinproduktion gör svampen växtpatogen. Återblick, Backlunds föreläsning Bakterier i det fylogenetiska trädet Antibiotika Ämne producerat av en levande organism för att bekämpa en annan. (cytotoxiska, antibakteriella, antivirala, anthelmintiska, spermicida, fungicida, etc.) Mekanismer: • Cellväggssynteshämmare (penicilliner, cefalosporiner, karbapenemer, glykopeptider) • Cellmembranfunktionhämmare (polymyxin E, daptomycin) • Proteinsynteshämmare (tetracykliner, makrolider, aminoglykosider, klindamycin, kloramfenikol) • Nukleinsyrasynteshämmare (kinoloner, metronidazol, rifampicin) • Antimetaboliter (trimetoprim, sulfonamider) Antibakteriella verkningsmekanismer Antibiotika från bakterier Första antibakteriella substanserna från bakterier; - nisin 1928 (Lactococcus lactis, laktobaciller, Gram-positiva bakterier) - streptotricin 1942 (Streptomyces sp). Runt 3000 kända antibiotika, 90% är från släktet Streptomyces (klassen Aktinobakterier), (så som streptomycin, vancomycin, tetracykline, erytromycin, daptomycin m.m). Substansnamnens ändelser -mycin, -micin, -mucin, -cyclin -mycin: en substans från bakterier ur gruppen aktinomyceter, så som streptomyces, jordbakterier tidigare kända som strålsvampar/mögelbakterier, trådformigt, grenat växtsätt som påminner om svamparnas hyfer, därav namnet myc(o). -micin: en substans från bakterier ur gruppen micromonospora, (Gram-positiva bakterier) en vanlig jordbakterie som producerar antibiotika så som gentamicin, verdamicin, mutamicin, sisomicin, netilmicin och retymicin. -mucin: ett slemämne, är egentligen en grupp av glykoproteiner med långa peptidkedjor. Kommer av ordet muc(osa). Produceras av eptitelvävnad hos animalia (djur). -cyklin: en kategori polyketidantibiotika som producera också av streptomyces sp. för att hämma tillväxten av konkurrerande bakterier. De vanligaste preparaten är doxycyklin, tetracyklin och lymecyklin. Tillväxtmiljön dikterar sekundärmetaboliterna Faktorer som påverkar sammansättningen och kvantiteten av sekundärmetaboliter: • Tillväxtmediet sammansättning • Aerob/anaerob miljö • Planktonisk/sessil tillväxt • Konstitutiv/fakultativ expression • Metabolitens kemiska stabilitet • Odlingens densitet • Värdorganismer (för symbionter) Bakteriers odlingsdensitet Biofilmer Antibiotika från bakterier Tetracykliner (polyketider), inhiberar proteinsyntes på G+ och G-. Lipopeptider, daptomycin, membran förstörande på G+. Antibiotika från bakterier Macrolider, erythromycin, hämmar proteinsyntes hos G+. Glykopeptider, vankomycin, Inhiberar cellväggssyntes på G+. Lantibiotika Disulfidbryggor hos vanliga ribosomala peptider Cystein-Cystein Lantioninbryggor hos vissa peptider från bakterier Cystein-Alanin/Alanin-S-Alanin Lantibiotika • Produceras av Streptomyces och Bacilli (Lactobacillus and Streptococcus). • Drygt 50 st kända, ribosomala produkter. • Membranförstörande och/eller inhiberar cellväggsyntesen hos G+ bakterier. Nisin (koncerveringsmedel E234) Antimikrobiella peptider (AMPs) • I medeltal 32 aminosyror • Katjoniska (nettoladdning +3) • Amfifila • Ofta helix struktur eller flera disulfidbryggor. • De flesta är membranförstörande • Ribosomala produkter • Bredspektrum aktivitet (A) Mixed human β-defensin-2 (B) Looped insect thanatin (C) β-sheeted crab polyphemusin and (D) rabbit kidney defensin-1 (E) α-helical frog magainin-2 (F) extended bovine indolicidin Antimikrobiella peptider (AMPs) Men har identifierat 2438 naturligt förekommande AMP sekvenser. Av dessa är 241 bakteriociner från bakterier, 2 från arkeer, 7 från protister, 12 från svamp, 311 från växter, and 1824 from djur, med följande aktiviteter: Antivirala 147 Antifungala 898 Antiprotist 4 Antibakteriella - 2005 Antiparasit 75 Insekticida 23 Spermicida 10 Anti-HIV 93 Antitumör 170 Kemotaxiska 50 Antioxidanter 12 Enzym inhibitorer - 9 Antimikrobiella peptider (AMPs) a) b) Typiskt kännetecken för AMP Exemplet melittin, en antimikrobiella peptid från bigift. 3D-strukturen bildar en α-helix när den interagerar med cellmembran (a), och har en aminosyraprofil där de hydrofoba återkommer vart 3-4:e aminosyra, vilket gör peptiden amfifil (b). Nedan är helixprojektionen av melittin där de hydrofoba sidokedjorna är indikerade med fyrkanter. Det mänskliga cellmembranet • Svag negative nettoladdning • Består till ca 40% av kolesterol Fosfolipid Kolesterol Bakteriernas membran • Hög negative nettoladdning på membranet • Saknar kolesterol AMPs - verkningsmekanism Bakteriers indirekta roll i farmakognosi Bakterier som probiotika Kroppen bär normalt på 10 ggr fler bakterier än mänskliga celler. • Modulerar immunförsvaret (motverkar allergi och autoimmuna sjukdomar). • Kommensalier (de ”snälla” bakterierna) skyddar hud och tarm från patogener genom att ta upp tillgänglig yta och näring, reglera pH, producera substanser som hämmar andra bakterier. • Producerar och underlättar upptag av näringsämnen i tarmen (ex. vitamin K). Fekal transplantation