Antybiotyki w konserwacji nasienia ssaków Wiadomo ści Zootechniczne, R. XLVIII (2010), 1: 3–7 Perspektywy zast ąpienia antybiotyków syntetycznych antybiotykami pochodzenia naturalnego w konserwacji nasienia ssaków Gaetano Bollino Instytut Zootechniki Pa ństwowy Instytut Badawczy, Dział Biotechnologii Rozrodu Zwierz ąt, 32-083 Balice k. Krakowa ozrzedzalniki u Ŝywane do konserwacji izolowane zostały: myxopyronina, corallopyro- R i przechowywania nasienia musz ą zawiera ć nina i ripostatina, które wykazuj ą niezwykłe antybiotyki zapobiegaj ące rozwojowi bakterii. działanie jako antybiotyki. Działanie tych trzech Najbardziej rozpowszechnionymi antybiotykami substancji opiera si ę na blokowaniu polimerazy słu Ŝą cymi do ochrony pobranego nasienia przed RNA, co uniemo Ŝliwia przekazanie czynnika czynnikami patogennymi s ą: gentamycyna, lin- patologicznego do DNA. Substancje te atakuj ą komycyna, penicylina, streptomycyna i spekty- enzym wi ąŜą c go inaczej ni Ŝ robi ą to wszystkie nomycyna. do dzi ś znane nam antybiotyki i w ten sposób W ostatnich latach podj ęto próby zast ą- blokują syntez ę białek czynnika patologicznego. pienia antybiotyków syntetycznych antybioty- Ich olbrzymi ą zalet ą jest to, Ŝe oddziałuj ą rów- kami pochodzenia naturalnego, uzyskuj ąc obie- nie Ŝ na bakterie odporne na działanie antybioty- cuj ące rezultaty. Antybiotyki naturalne w wielu ków konwencjonalnych (Rolf i in., 2008). przypadkach wykazały si ę lepszym działaniem. Platensymycyna, wytwarzana przez mi- Nie powoduj ą odporno ści na leki, s ą atoksycz- kroorganizmy Ŝyj ące w glebie – Streptomyces ne, nie powoduj ą zanieczyszcze ń i s ą znacznie platensis , wykazuje silne działanie antybioty- ta ńsze. Mo Ŝna zatem stwierdzi ć, Ŝe nale Ŝałoby kowe na szerokie spektrum bakterii. Jako inhibi- pogł ębi ć badania z tego zakresu. Zanim b ę- tor FabF uniemo Ŝliwia bakterii wyprodukowanie dziemy bada ć rezultaty u Ŝycia konkretnych długoła ńcuchowych kwasów tłuszczowych. antybiotyków pochodzenia naturalnego, warto Wykorzystuj ąc substancj ę wydzielan ą dokona ć przegl ądu opisanych dot ąd substancji przez larwy much naukowcy z Uniwersytetu i ich działania. w Swansea (Wielka Brytania) wyprodukowali Ju Ŝ w Staro Ŝytnej Grecji, Egipcie i Chi- nowy antybiotyk działaj ący na 12 szczepów nach w leczeniu zaka Ŝeń wykorzystywano nie- gronkowca złocistego (Jon i in., 2006). zwykłe wła ściwo ści ro ślin i niektórych ple śni. Badacze niemieccy z Uniwersytetu Współczesne badania rozpocz ęły si ę od obser- Christian-Albrechts w Kiel wynale źli czynnik wacji szkockiego bakteriologa Aleksandra Fle- o wła ściwo ściach antybiotykowych – hydramy- minga, który w 1922 roku odkrył lizozym ę, cyn ę-1. Został on wyizolowany z hydry wielo- a nast ępnie w 1928 roku naturaln ą penicylin ę komórkowego organizmu Ŝyj ącego w wodach (penicylina G lub penicylina benzylowa). Peni- słodkich. Przeprowadzone przez nich ekspery- cylina hodowana z Penicilinum notatum działa menty dowiodły, Ŝe jest on w stanie działa ć na przede wszystkim na ziarenkowce gram dodat- du Ŝe spectrum bakterii niszcz ąc ich membran ę nie, laseczki gram dodatnie ( Corynebacterium (Sascha i in., 2009). i Listeria ), beztlenowce i kr ętki. Makrolidy naturalne: erytromycyna (wy- W niemieckim Helmholtz Centre wy- twarzana przez Streptomyces erythreus ), olean- Prace przegl ądowe 3 G. Bollino domycyna (wytwarzana przez Streptomyces an- nych wła ściwo ściach antymikrobowych. Podob- tibioticus, jozamycyna (wytwarzana przez Strep- nie działaj ące peptydy, takie jak: ceruleine, ta- tomyces narbonensis ), midecamicina (wytwarza- chichinine, bradichinine i peptydy opioidowe na przez Streptomyces mycarofaciens ), spiramici- stwierdzone zostały u wielu gatunków płazów, na (wytwarzana przez Streptomyces ambofa- na przykład u Ŝaby Xenopus laevis . Do molekuł ciens ), rosaramicina (wytwarzana przez Micro- o wła ściwo ściach antymikrobowych pochodze- monospora rosaria ), tak Ŝe uwa Ŝane s ą za bakte- nia ro ślinnego nale Ŝą przede wszystkim puroin- riostatyczne i bakteriobójcze dla du Ŝej liczby bar- dolina a (PINA) i puroindolina b (PINB) obecne dziej wra Ŝliwych mikroorganizmów, jak pacior- w ziarnach zbó Ŝ, fitoaleksina proteiny PR, chiti- kowce czy pneumokoki. Ich działanie polega na naza, β-glukanaza, inhibitory proteinazy, prote- wi ązaniu si ę z receptorem tRNA 23S oraz pod- iny dezaktywuj ące rybosomy i proteiny bogate jednostkami 50S rybosomu bakterii i unieczyn- w cystein ę. Te ostatnie, dzi ęki obecno ści most- nianiu syntezy białek RNA. Skuteczne s ą prze- ków dwusiarczkowych i trójwymiarowej struk- ciwko ziarenkowcom gram dodatnim (gronkow- turze łatwiej działaj ą na membran ę organizmów ce, paciorkowce, dwoinki), ziarenkowcom gram docelowych. ujemnym ( Neisseria ), bakteriom gram dodatnim Pomimo ró Ŝnic w ilo ści reszt aminokwa- (Corynebacterium, Bacillus anthracis i Listeria ), sowych (od 10 do 40 aminokwasów) peptydy bakteriom gram ujemnym ( Campylobacteraceae , posiadaj ą charakterystyczne cechy wspólne. Na- pałeczki d Ŝumy, Legionella ) i bakteriom we- ładowane s ą dodatnio (bogate w reszty lizyny wn ątrz komórkowym ( Chlamydia, Mycoplasma i argininy), dlatego dochodzi do interakcji po- i Ureaplasma ). mi ędzy nimi a błon ą bakteryjn ą bogat ą w nała- Fosfomicina jest naturalnym antybioty- dowane ujemnie fosfolipidy, takie jak na przy- kiem o kwa śnym odczynie, wyizolowanym kład fosfatidylseryna. W przypadku bakterii w 1966 roku, produkowanym przez Streptomy- gram ujemnych peptyd reaguje z molekułami ces fradiae . Jest to antybiotyk o szerokim spek- polianionowymi lipopolisacharydów błony ze- trum oddziaływania, zabójczy zarówno in vitro, wn ętrznej, a nast ępnie jest w stanie rozszczelni ć jak te Ŝ in vivo dla bakterii gram dodatnich (gron- ją i przedosta ć si ę do środka. W przypadku bak- kowce, paciorkowce i enterokoki) oraz gram terii gram dodatnich natomiast, peptydy s ą ujemnych ( E. coli, Proteus, Pseudomonas, Sal- prawdopodobnie przyci ągane przez grupy anio- monella, Shigella, Haemophylus itd.). Ponadto, nowe, znajduj ące si ę na zewn ątrz warstwy pep- wykazuje działanie przeciwko szczepom odpor- tydoglikanu. S ą wi ęc w stanie zahamowa ć nor- nym na inne antybiotyki, zwłaszcza gronkow- malne funkcje błony bakteryjnej, rozpuszczaj ąc com penicylinoodpornym. Mechanizm działania ją i powoduj ąc tworzenie kanałów jonowych lub fosfomiciny opiera si ę na hamowaniu pierwsze- pojawianie si ę defektów. Hamuj ą nast ępnie syn- go etapu syntezy peptydoglikanu ściany komór- tez ę DNA i protein powoduj ąc śmier ć ko- kowej bakterii poprzez unieczynnienie enzymu mórkow ą. transferazy fosfoenolopirogronianowej (Good- Wyró Ŝniono cztery podstawowe mecha- man i Gilman, 1997; Katzung, 1998; Noel i in., nizmy interakcji peptydów z błon ą cytoplazma- 1998). tyczn ą: Kolejnymi substancjami pochodzenia 1) depolaryzacj ę błony komórkowej, naturalnego o działaniu antybiotykowym s ą pep- 2) przenikni ęcie peptydu do membrany, tydy antymikrobowe. Mo Ŝna je wyodr ębni ć za- 3) powstanie porów i utrata zawarto ści równo ze śluzówek, jak i tkanek wielu gatunków mi ędzykomórkowej, ryb. Nazywane s ą równie Ŝ AMPs lub CAPs. S ą 4) uszkodzenia podstawowych organów to niewielkie molekuły (od 12 do 50 aminokwa- mi ędzykomórkowych. sów) o działaniu przeciwbakteryjnym. Ponadto, peptydy antymikrobowe wy- W ziarnisto ściach cytoplazmatycznych ró Ŝniaj ą si ę innymi cechami charakterystycz- neutrofilów oraz w komórkach Panneth’a ssa- nymi, które sprawiaj ą, Ŝe s ą one niezwykle inte- ków zidentyfikowano peptydy o szerokim spektrum resuj ące jako potencjalne narz ędzia terapii: działania antymikrobowego. Z motyla Hyalophora odznaczaj ą si ę szerokim spektrum działa- cecropia wyizolowano cecropine, peptyd o sil- nia przeciwbakteryjnego, 4 Prace przegl ądowe Antybiotyki w konserwacji nasienia ssaków szybko działaj ą (99,9% bakterii ginie w 20 no ść do działania w skupiskach nawet milion min), razy mniejszych ni Ŝ w przypadku antybiotyków działaj ą w synergii z antybiotykami kon- konwencjonalnych. Poza tym, jak dotychczas, wencjonalnymi, nie wykazano odporno ści na ten antybiotyk są skuteczne przeciwko rodzinom bakterii (Wiedemann i in., 2001). odpornych na antybiotyki, Naukowcy australijscy odkryli natomiast nie pozwalaj ą na selekcj ę mutacji odpor- w mleku małego kangura Wallaby składnik nych (Berti i Volpatti, 2007). przeciwbakteryjny 100 razy skuteczniejszy od Z kolonii Bacillus brevis wyizolowane penicyliny. Chodzi o AGG01, peptyd działaj ący zostały antybiotyki polipeptydowe tyrocydyna A na bakterie gronkowca złocistego, Escherichia i gramicydyna S. Ich działanie przeciwbakte- coli , paciorkowce, Bacillus subtilis, Pseudomo- ryjne polega na zdolno ści dezorganizacji błony nas spp. i Proteus vlgaris . Reaguje on z lipi- plazmatycznej i tworzeniu porów, co w konse- dami anionowymi w błonie komórkowej, two- kwencji powoduje wzrost niekontrolowanej rz ąc pory, przez które wydostaj ą si ę jony, powo- przepuszczalno ści. Pory ułatwiaj ące przepusz- duj ąc śmier ć bakterii. Struktura błony bakteryj- czanie jonów tworz ą si ę poprzez eliptyczne roz- nej ró Ŝni si ę od tej u ssaków. W ten sposób pro- stawienie molekuł. teiny niszcz ą jedynie komórki patogenne (Liz, Tyrocydyna A jest aktywna przeciwko 2007). bakteriom gram dodatnim i gram ujemnym, Pierwsz ą naturaln ą substancj ą pocho- gramicydyna S natomiast tylko przeciwko gram dzenia ro ślinnego, szeroko u Ŝywan ą jako antypi- dodatnim (Goodman i Gilman, 1997; Katzung, retyk była chinina. Jest to alkaloid otrzymywany 1998; Noel i in., 1988). Skóra ssaków zdolna jest z niektórych gatunków