Japanse wetenschappers, waaronder onderzoekers van de Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) en Yokohama National University, hebben het moleculaire mechanisme geïdentificeerd dat de huidafscheidingen van een soort kikker effectieve antimicrobiële eigenschappen geeft. Hun bevindingen werden op 20 februari gepubliceerd, 2019 in ACS toegepaste biomaterialen .

De Bombina variegata kikker, ook bekend als geelbuikpad, bewoont bossen, grasland, wetlands, en aquatische habitats in Centraal-Europa. Hun huidafscheidingen bevatten antimicrobiële middelen - Bombinin H2 en H4 genaamd - die een sleutelrol spelen bij de bescherming van de soort tegen infectie.

Bombinin H2 en H4 zijn antimicrobiële peptiden (AMP's) - of gastheerverdedigingspeptiden - die een belangrijke functie spelen bij de immuunrespons. Ze hebben de aandacht getrokken vanwege hun vermogen om Leishmaniasis te remmen, een zeer besmettelijke en mogelijk dodelijke tropische ziekte die naar schatting 20 miljoen mensen wereldwijd heeft getroffen, met 1,3 miljoen nieuwe gevallen en 20, 000 tot 30, 000 doden gemeld per jaar.

H4 is een isomeer van H2 - ze hebben dezelfde formule maar de atomen in het molecuul zijn anders gerangschikt - waarbij H4 een natuurlijk voorkomend D-aminozuur heeft aan het einde van de molecuulketen. Wat de antimicrobiële eigenschappen betreft, H4 is krachtiger dan H2, maar tot nu toe, de reden is een onopgelost biologisch mysterie gebleven.

"D- en L-aminozuren zijn spiegelbeelden van elkaar, en de meeste aminozuren in de natuur hebben een L-structuur, " legt Ryuji Kawano uit, Universitair hoofddocent bij de afdeling Biotechnologie en Life Science van TUAT en co-auteur van de studie. "Een paar eiwitten zijn aangepast om D-aminozuren te hebben. De rol van het hebben van D-aminozuren is niet helemaal duidelijk in het geval van de kikker."

Om een ​​beter begrip te krijgen van het moleculaire mechanisme dat de antimicrobiële activiteit van Bombinin H2- en H4-peptiden aanstuurt en wat H4 in dit opzicht effectiever maakt dan H2, de auteurs voerden elektrofysiologische experimenten uit op een lipide dubbellaags membraan dat het lipidemembraan rondom cellen of micro-organismen repliceerde. De resultaten werden vervolgens geanalyseerd met behulp van bestaande AMP-modellen om te bepalen hoe efficiënt deze antimicrobiële peptiden zijn in het verstoren van het celmembraan van microben.

Het team ontdekte dat H2- en H4-peptiden de microbiële activiteit remmen door gaten in het celmembraan van micro-organismen te maken waardoor ionen uit de cel lekken. die hen uiteindelijk doodt. De efficiëntie van deze antimicrobiële activiteit wordt beïnvloed door de ionenpermeabiliteit (hoe snel ionen uit de cel lekken), de snelheid van porievorming, en de grootte van de gevormde poriën.

De resultaten geven aan dat het vermogen van de peptiden om te transformeren in een ander molecuul met dezelfde atomaire samenstelling maar met atomen die anders zijn gerangschikt, snellere porievorming mogelijk maakt. Terwijl H2 grotere poriën vormt dan H4, H4 vormt sneller poriën. Een mengsel van H2/H4, In de tussentijd, vormt middelgrote poriën in een langzamer tempo dan H4, maar de aanwezigheid van het D-aminozuur verhoogt de bindingsaffiniteit met het lipidemembraan, waardoor het zijn disruptieve vermogen verbetert.

Zie het als een veld met pittraps van verschillende grootte; grotere vallen hebben meer tijd nodig om te graven, maar kan meer dieren vangen dan een kleinere put. Anderzijds, men kan veel kleinere putten graven in dezelfde tijd die nodig is om slechts een paar grote te graven. Het graven van middelgrote valkuilen en het toevoegen van aas of kunstaas dat dieren naar de put zou lokken, zou de meest effectieve aanpak van allemaal zijn.

Het ontrafelen van het moleculaire mechanisme dat de antimicrobiële activiteit van deze peptiden mogelijk maakt, kan ons helpen beter te begrijpen hoe het afweersysteem van de kikker is geëvolueerd, en hoe dit kan worden gebruikt om microbiële infecties van medisch belang te bestrijden. Volgens Kawano, het uiteindelijke doel is om dit mechanisme te gebruiken om betere antimicrobiële middelen te ontwikkelen, vooral antimicrobiële middelen die effectief zijn tegen antibioticaresistente bacteriën.