Информация

13.3A: Синтетични антимикробни лекарства - Биология

13.3A: Синтетични антимикробни лекарства - Биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Антимикробното средство е вещество, което убива или инхибира растежа на микроорганизми като бактерии, гъбички или протозои.

Цели на обучението

  • Припомнете си синтетичните антимикробни лекарства, базирани на сулфонамиди и сулфонамиди

Ключови точки

  • Откриването на антимикробни средства като пеницилин и тетрациклин проправи пътя за по-добро здраве за милиони по света.
  • С развитието на антимикробните средства, микроорганизмите са се адаптирали и са станали резистентни към предишни антимикробни агенти.
  • Синтетичните средства включват: сулфонамиди, котримоксазол, хинолони, антивирусни, противогъбични, противоракови лекарства, антималарийни, противотуберкулозни лекарства, антилепротици и антипротозои.

Ключови условия

  • антимикробна: Средство, което унищожава микробите, инхибира растежа им или предотвратява или противодейства на тяхното патогенно действие.
  • микроорганизъм: Организъм, който е твърде малък, за да бъде видян с невъоръжено око, особено едноклетъчен организъм, като бактерия.
  • бактерии: Вид, вид или щам на бактерия.

Антимикробното средство е вещество, което убива или инхибира растежа на микроорганизми като бактерии, гъбички или протозои. Антимикробните лекарства или убиват микробите (микробиоциди), или предотвратяват растежа на микробите (микробиостатични). Дезинфектантите са антимикробни вещества, използвани върху неживи предмети или извън тялото.

Историята на антимикробните средства започва с наблюденията на Пастьор и Жубер, които откриват, че един вид бактерии може да попречи на растежа на друг. По това време те не знаеха, че причината, поради която една бактерия не успява да расте, е, че другата бактерия произвежда антибиотик. Технически, антибиотиците са само онези вещества, които се произвеждат от един микроорганизъм, които убиват или предотвратяват растежа на друг микроорганизъм. Разбира се, в днешната обща употреба терминът антибиотик се използва за обозначаване на почти всяко лекарство, което се опитва да избави тялото ви от бактериална инфекция. Антимикробните средства включват не само антибиотици, но и синтетично образувани съединения.

Откриването на антимикробни средства като пеницилин и тетрациклин проправи пътя за по-добро здраве за милиони по света. Преди пеницилинът да се превърне в жизнеспособно медицинско лечение в началото на 40-те години на миналия век, не е съществувало истинско лекарство за гонорея, стрептокок в гърлото или пневмония. Пациентите с инфектирани рани често трябваше да бъдат отстранени на ранен крайник или да се изправят пред смърт от инфекция. Сега повечето от тези инфекции могат да бъдат излекувани лесно с кратък курс на антимикробни средства.

Въпреки това, с развитието на антимикробни средства, микроорганизмите са се адаптирали и са станали резистентни към предишни антимикробни средства. Старата антимикробна технология се основаваше или на отрови, или на тежки метали, които може да не са убили микроба напълно, позволявайки на микроба да оцелее, да се промени и да стане устойчив на отрови и/или тежки метали.

Антимикробната нанотехнология е скорошно допълнение към борбата срещу болестотворните организми, замествайки тежките метали и токсините, и може някой ден да се използва като жизнеспособна алтернатива.

Инфекциите, които се получават по време на посещение в болницата, се наричат ​​„болнични инфекции“ или вътреболнични инфекции. По същия начин, когато инфекциозното заболяване се прихване в извънболнична среда, то се счита за „придобити в общността“.

Синтетичните средства включват: сулфонамиди, котримоксазол, хинолони, антивирусни, противогъбични, противоракови лекарства, антималарийни, противотуберкулозни лекарства, антилепротици и антипротозои.

Сулфонамидът или сулфонамидът е в основата на няколко групи лекарства. Оригиналните антибактериални сулфонамиди (понякога наричани сулфа лекарства или сулфа лекарства) са синтетични антимикробни средства, които съдържат сулфонамидната група. Някои сулфонамиди също са лишени от антибактериална активност, например антиконвулсантът султиам. Сулфонилурейните и тиазидните диуретици са по-нови групи лекарства, базирани на антибактериалните сулфонамиди.

Алергиите към сулфа са често срещани и лекарствата, съдържащи сулфонамиди, се предписват внимателно. Важно е да се прави разлика между сулфатните лекарства и други съдържащи сяра лекарства и добавки, като сулфати и сулфити, които са химически несвързани със сулфонамидната група и не предизвикват същите реакции на свръхчувствителност, наблюдавани при сулфонамидите.

При бактериите антибактериалните сулфонамиди действат като конкурентни инхибитори на ензима дихидроптероат синтетаза (DHPS), ензим, участващ в синтеза на фолиева киселина. Като такъв, микроорганизмът ще бъде „гладуващ“ от фолиева киселина и ще умре.

Сулфонамидната химична част присъства и в други лекарства, които не са антимикробни, включително тиазидни диуретици (включително хидрохлоротиазид, метолазон и индапамид, наред с други), бримкови диуретици (включително фуроземид, буметанид и торсемид), наред с други), и някои COX-2 инхибитори (напр. целекоксиб) и ацетазоламид.


Стратегия за дълбоко учене на геномно копаене за прогнозиране на биосинтетични генни клъстери

Естествените продукти представляват богат резервоар от кандидати за лекарства с малки молекули, използвани като антимикробни лекарства, противоракови терапии и имуномодулиращи агенти. Тези молекули са микробни вторични метаболити, синтезирани от съвместно локализирани гени, наречени биосинтетични генни клъстери (BGCs). Увеличаването на пълните микробни геноми и подобни ресурси доведе до разработване на алгоритми за прогнозиране на BGC, въпреки че тяхната прецизност и способност да идентифицират нови BGC класове могат да бъдат подобрени. Тук представяме стратегия за дълбоко обучение (DeepBGC), която предлага намалени проценти на фалшиви положителни резултати при идентификацията на BGC и подобрена способност за екстраполиране и идентифициране на нови BGC класове в сравнение със съществуващите инструменти за машинно обучение. Допълнихме това със случайни горски класификатори, които точно предсказваха BGC продуктови класове и потенциална химическа активност. Прилагането на DeepBGC към бактериални геноми разкри неоткриваеми преди това предполагаеми BGC, които могат да кодират естествени продукти с нови биологични активности. Подобрената точност и способност за класификация на DeepBGC представлява основно допълнение към идентификацията на BGC in-silico.

© Авторът(ите) 2019. Публикувано от Oxford University Press от името на Nucleic Acids Research.

Фигури

Преглед на дълбокото обучение...

Преглед на стратегията за дълбоко обучение за откриване на биосинтетични генни клъстери в...

Двупосочна дългосрочна краткосрочна памет (BiLSTM)…

Архитектура на двупосочна дългосрочна краткосрочна памет (BiLSTM) (блокове отляво надясно). В…

Валидиране и тестване на модела на…

Валидиране и тестване на модела на ниво домейн Pfam с помощта на ( А )…

Прецизност и покритие на DeepBGC…

Прецизност и покритие на алгоритмите DeepBGC и ClusterFinder. ( А ) Брой…

DeepBGC разкрива нови BGC с...

DeepBGC разкрива нови BGC с антибактериална активност в бактериалните геноми. ( А )…


Препратки

Палумби, S.R. Хората като най-голямата еволюционна сила в света. наука 293, 1786–1790 (2001).

Йънг, J.A. и Collier, R.J. Антраксен токсин: рецептор-свързване, интернализация, образуване на пори и транслокация. Ану. Rev. Biochem. 76, 243–265 (2007).

Бойдън, Е.Д. и Дитрих, W.F. Nalp1b контролира чувствителността на макрофагите на мишки към смъртоносен токсин от антракс. Нац. Genet. 38, 240–244 (2006).

Duesbery, N.S. et al. Протеолитично инактивиране на MAP-киназа-киназа от летален фактор за антракс. наука 280, 734–737 (1998).

Vitale, G. et al. Смъртоносният фактор на антракс разцепва N-края на MAPKKs и индуцира тирозин/треонин фосфорилиране на MAPKs в култивирани макрофаги. Biochem. Биофиз. Рез. комун. 248, 706–711 (1998).

Панчал, Р.Г. et al. Химически генетичен скрининг идентифицира критични пътища в патогенезата, предизвикана от летален токсин от антракс. Chem. Biol. 14, 245–255 (2007).

По време на R.L. et al. Смъртоносният токсин от антракс парализира подвижността, базирана на актин, като блокира фосфорилирането на Hsp27. EMBO Дж. 26, 2240–2250 (2007).

Рейни, G.J. & Young, J.A. Антитоксини: нови стратегии за насочване към агенти на биотероризма. Нац. Rev. Microbiol. 2, 721–726 (2004).

Shoop, W.L. et al. Инхибиране на смъртоносния фактор на антракс. Proc. Natl. Акад. Sci. САЩ 102, 7958–7963 (2005).

Тюрк, Б.Е. et al. Структурната основа за субстратна и инхибиторна селективност на леталния фактор на антракс. Нац. Структура. Mol. Biol. 11, 60–66 (2004).

Кранц, Б.А. et al. Фенилаланинова скоба катализира транслокацията на протеин през порите на антраксния токсин. наука 309, 777–781 (2005).

Артенщайн, A.W. et al. Хлорохинът подобрява оцеляването при Bacillus anthracis интоксикация. J. Инфектира. Dis. 190, 1655–1660 (2004).

Санчес, А.М. et al. Амиодарон и бепридил инхибират навлизането на антраксния токсин в клетките гостоприемници. Антимикробна. Агенти Chemother 51, 2403–2411 (2007).

Moayeri, M., Wiggins, J.F., Lindeman, R.E. & Leppla, S.H. Цисплатин инхибиране на смъртоносния токсин от антракс. Антимикробна. Агенти Chemother. 50, 2658–2665 (2006).

Ma, Т. и сътр. Тиазолидинон CFTR инхибитор, идентифициран чрез високопроизводителен скрининг, блокира секрецията на чревна течност, предизвикана от холерен токсин. J. Clin. Инвестирам. 110, 1651–1658 (2002).

Кинг, C.Y. & Barriere, S.L. Анализ на инвитро взаимодействие между ванкомицин и холестирамин. Антимикробна. Агенти Chemother. 19, 326–327 (1981).

Galan, J.E. & Wolf-Watz, H. Доставка на протеин в еукариотни клетки чрез машини за секреция тип III. природата 444, 567–573 (2006).

Kauppi, A.M., Nordfelth, R., Uvell, H., Wolf-Watz, H. & Elofsson, M. Насочване на бактериална вирулентност: инхибитори на секреция тип III в Йерсиния. Chem. Biol. 10, 241–249 (2003).

Nordfelth, R., Kauppi, A.M., Norberg, H.A., Wolf-Watz, H. & amp Elofsson, M. Инхибитори с малки молекули, специфично насочени към секрецията от тип III. Инфектирайте. Имун. 73, 3104–3114 (2005).

Muschiol, S. et al. Инхибитор с малка молекула на секреция тип III инхибира различни етапи от инфекциозния цикъл на Chlamydia trachomatis. Proc. Natl. Акад. Sci. САЩ 103, 14566–14571 (2006).

Bailey, L. et al. Маломолекулярни инхибитори на секреция тип III в Йерсиния блокирайте Chlamydia pneumoniae цикъл на инфекция. FEBS Lett. 581, 587–595 (2007).

Хъдсън, Д.Л. et al. Инхибиране на секрецията тип III в Salmonella enterica serovar Typhimurium от инхибитори с малки молекули. Антимикробна. Агенти Chemother 51, 2631–2635 (2007).

Stevens, D.L., Gibbons, A.E., Bergstrom, R. & Winn, V. Преразгледан ефектът на Eagle: ефикасността на клиндамицин, еритромицин и пеницилин при лечението на стрептококов миозит. J. Инфектира. Dis. 158, 23–28 (1988).

Милър, M.B. & Bassler, B.L. Разпознаване на кворум в бактерии. Ану. Rev. Microbiol. 55, 165–199 (2001).

Parsek, M.R., Val, D.L., Hanzelka, B.L., Cronan, J.E. Jr. & Greenberg, E.P. Генериране на сигнал, чувствителен към кворума на ацил хомозерин-лактон. Proc. Natl. Акад. Sci. САЩ 96, 4360–4365 (1999).

Донг, Y.H., Xu, J.L., Li, X.Z. & Zhang, L.H. AiiA, ензим, който инактивира сигнала, чувствителен към кворума на ацилхомосерин лактон и намалява вирулентността на Erwinia carotovora. Proc. Natl. Акад. Sci. САЩ 97, 3526–3531 (2000).

Донг, Y.H. et al. Потушаване на зависима от кворума бактериална инфекция чрез N-ацил хомозерин лактоназа. природата 411, 813–817 (2001).

Yang, F. et al. Активността на ензима за гасене на кворума е широко запазена в серумите на видовете бозайници. FEBS Lett. 579, 3713–3717 (2005).

Драганов, Д.И. et al. Човешките параоксонази (PON1, PON2 и PON3) са лактонази с припокриващи се и различни субстратни специфики. J. Lipid Res. 46, 1239–1247 (2005).

Muh, U. et al. роман Pseudomonas aeruginosa инхибитори, чувствителни към кворума, идентифицирани в екран с ултра висока пропускателна способност. Антимикробна. Агенти Chemother. 50, 3674–3679 (2006).

Geske, G.D., Wezeman, R.J., Siegel, A.P. & amp Blackwell, H.E. Инхибитори на малки молекули на бактериален кворум и образуване на биофилм. J. Am. Chem. Soc. 127, 12762–12763 (2005).

Smith, K.M., Bu, Y. & amp Suga, H. Индукция и инхибиране на Pseudomonas aeruginosa определяне на кворума чрез синтетични автоиндукторни аналози. Chem. Biol. 10, 81–89 (2003).

Гивсков, М. и др. Еукариотна интерференция с медиирана от хомозерин лактон прокариотна сигнализация. J. Бактериол. 178, 6618–6622 (1996).

Manefield, M. et al. Халогенираните фуранони инхибират разпознаването на кворума чрез ускорен оборот на LuxR. микробиология 148, 1119–1127 (2002).

Manefield, M., Welch, M., Givskov, M., Salmond, G.P. & Kjelleberg, S. Халогенирани фуранони от червените водорасли, Delisea pulchra, инхибира синтеза на карбапенемов антибиотик и производството на екзоензимен фактор на вирулентност във фитопатогена Erwinia carotovora. FEMS Microbiol. Lett. 205, 131–138 (2001).

Hentzer, M. et al. Инхибиране на разпознаването на кворума Pseudomonas aeruginosa биофилмни бактерии чрез халогенирано фураноново съединение. микробиология 148, 87–102 (2002).

Hentzer, M. et al. Затихване на Pseudomonas aeruginosa вирулентност от инхибитори на кворума. EMBO Дж. 22, 3803–3815 (2003).

Wu, H. et al. Синтетичните фуранони инхибират усещането за кворум и подобряват бактериалния клирънс в Pseudomonas aeruginosa белодробна инфекция при мишки. J. Antimicrob. Chemother. 53, 1054–1061 (2004).

Йейтс, Е.А. et al. N-ацилхомосериновите лактони се подлагат на лактонолиза в зависимост от pH-, температурата и дължината на ацилната верига по време на растежа на Yersinia pseudotuberculosis и Pseudomonas aeruginosa. Инфектирайте. Имун. 70, 5635–5646 (2002).

Muh, U. et al. Структурно несвързана имитация на a Pseudomonas aeruginosa ацил-хомосерин лактон, чувствителен към кворум сигнал. Proc. Natl. Акад. Sci. САЩ 103, 16948–16952 (2006).

Lyon, G.J., Wright, J.S., Christopoulos, A., Novick, R.P. & Muir, T.W. Обратим и специфичен извънклетъчен антагонизъм на сигнализирането на рецептор-хистидин киназа. J. Biol. Chem. 277, 6247–6253 (2002).

Mayville, P. et al. Структурно-активен анализ на синтетични автоиндуциращи тиолактонови пептиди от Стафилококус ауреус отговорни за вирулентността. Proc. Natl. Акад. Sci. САЩ 96, 1218–1223 (1999).

Райт, Дж.С. III, Jin, R. & Novick, R.P. Преходната интерференция със стафилококовия кворум блокира образуването на абсцес. Proc. Natl. Акад. Sci. САЩ 102, 1691–1696 (2005).

Hung, D.T., Shakhnovich, E.A., Pierson, E. & Mekalanos, J.J. Маломолекулен инхибитор на Вибрион холера вирулентност и чревна колонизация. наука 310, 670–674 (2005).

Gauthier, A. et al. Транскрипционен инхибитор на факторите на вирулентност при ентеропатогенни Ешерихия коли. Антимикробна. Агенти Chemother. 49, 4101–4109 (2005).

Sauer, F.G. et al. Сглобяване на пилус и бактериално закрепване с помощта на шаперон. Curr. Opin. Структура. Biol. 10, 548–556 (2000).

Svensson, A. et al. Проектиране и оценка на пилициди: потенциални нови антибактериални средства, насочени срещу уропатогенни Ешерихия коли. ChemBioChem 2, 915–918 (2001).

Pinkner, J.S. et al. Рационално проектирани малки съединения инхибират биогенезата на пилус в уропатогенни бактерии. Proc. Natl. Акад. Sci. САЩ 103, 17897–17902 (2006).

Lee, Y.M., Almqvist, F. & Hultgren, S.J. Насочена вирулентност за антимикробна химиотерапия. Curr. Opin. Pharmacol. 3, 513–519 (2003).

Сасети, C.M. и Рубин, E.J. Генетични изисквания за оцеляване на микобактериите по време на инфекция. Proc. Natl. Акад. Sci. САЩ 100, 12989–12994 (2003).

MacRae, C.A. & Peterson, R.T. Откритие на малки молекули на базата на риба зебра. Chem. Biol. 10, 901–908 (2003).

Питърсън, Р.Т. et al. Химическо потискане на генетична мутация в модел на аортна коарктация на риба зебра. Нац. Биотехнология. 22, 595–599 (2004).

Стърн, H.M. et al. Малки молекули, които забавят S фазата, потискат риба зебра bmyb мутант. Нац. Chem. Biol. 1, 366–370 (2005).

Davis, J.M. et al. Визуализация в реално време на микобактерии-макрофагни взаимодействия, водещи до иницииране на образуване на грануломи в ембриони на зебра. Имунитет 17, 693–702 (2002).

Neely, M.N., Pfeifer, J.D. & Caparon, M. Streptococcus-zebrafish модел на бактериална патогенеза. Инфектирайте. Имун. 70, 3904–3914 (2002).

ван дер Сар, A.M. et al. Ембриони на риба зебра като модел домакин за анализ в реално време на Salmonella typhimurium инфекции. клетка. Microbiol. 5, 601–611 (2003).

Mukhopadhyay, A. & Peterson, R.T. Риболов на нови антимикробни средства. Curr. Opin. Chem. Biol. 10, 327–333 (2006).

Мой, Т.И. et al. Идентифициране на нови антимикробни средства, използвайки модел на инфекция с живи животни. Proc. Natl. Акад. Sci. САЩ 103, 10414–10419 (2006).

Пейн, D.J., Gwynn, M.N., Холмс, D.J. & Pompliano, D.L. Лекарства за лоши бъгове: изправяне на предизвикателствата на откриването на антибактериални средства. Нац. Rev. Drug Discov. 6, 29–40 (2007).

Липински, C.A., Lombardo, F., Dominy, B.W. & Feeney, P.J. Експериментални и изчислителни подходи за оценка на разтворимостта и пропускливостта в настройките за откриване и разработване на лекарства. адв. Drug Deliv. Rev. 46, 3–26 (2001).

Шрайбер, С.Л. Ориентиран към целта и ориентиран към разнообразието органичен синтез в откриването на лекарства. наука 287, 1964–1969 (2000).

Сарак, MS, Peinado, J.R., Leppla, S.H. & Lindberg, I. Защита срещу антраксна токсемия чрез хекса-D-аргинин инвитро и in vivo. Инфектирайте. Имун. 72, 602–605 (2004).


ОСНОВНИ ГРУПИ АНТИМИКРОБНИ СЪЕДИНЕНИЯ ОТ РАСТЕНИЯ

Растенията имат почти неограничена способност да синтезират ароматни вещества, повечето от които са феноли или техните кислород-заместени производни (76). Повечето са вторични метаболити, от които са изолирани най-малко 12 000, като брой се оценява на по-малко от 10% от общия брой (195). В много случаи тези вещества служат като защитни механизми на растенията срещу хищничество от микроорганизми, насекоми и тревопасни животни. Някои, като терпеноидите, придават на растенията техните миризми, други (хинони и танини) са отговорни за растителния пигмент. Много съединения са отговорни за растителния вкус (например, терпеноидът капсаицин от люти чушки), а някои от същите билки и подправки, използвани от хората за подправяне на храната, дават полезни лечебни съединения (Таблица ​ (Таблица 1). 1).

МАСА 1

Растения, съдържащи антимикробна  активност a

Често срещано имеНаучно наименованиеСъединениекласДейност г Относителна токсичност b Референция(и) c
люцернаMedicago sativa? Грам-положителни организми2.3
БахарPimenta dioicaЕвгенолЕтерично маслоОбщ2.5
АлоеАлое барбаденсис, Алое вералатексСложна смесCorynebacterium, салмонела, стрептокок, S. aureus2.7136
AppleMalus sylvestrisФлоретинФлавоноидно производноОбщ3.0101
АшвагандаWithania somniferumВитафарин АлактонБактерии, гъбички0.0
АвелозEuphorbia tirucalli? S. aureus0.0
Дърво БаелAegle marmelosЕтерично маслотерпеноидгъбички 179
Балсамова крушаMomordica charantia? Общ1.0
БерберисBerberis vulgarisБерберинАлкалоидБактерии, протозои2.0140, 163
босилекOcimum basilicumЕтерични маслаТерпеноидисалмонела, бактерии2.5241
заливLaurus nobilisЕтерични маслаТерпеноидиБактерии, гъбички0.7
Бетел пиперПайпър бетелКатехоли, евгенолЕтерични маслаОбщ1.0
Черен пиперPiper nigrumПиперинАлкалоидгъбички, лактобацилус, Micrococcus, Е. coli, E. faecalis1.078
БоровинкаВаксиниум spp.ФруктозаМонозахаридЕ. coli 158
Бразилско пиперово дървоSchinus terebinthifoliusТеребинтонТерпеноидиОбщ1.0
БучуБаросма сетулинаЕтерично маслотерпеноидОбщ2.0
РепейArctium lappa Полиацетилен, танини, терпеноидиБактерии, гъбички, вируси2.3
ЛютичеRanunculus bulbosusПротоанемонинлактонОбщ2.0
КимионCarum carvi КумариниБактерии, гъбички, вируси 24, 26, 83, 193
Cascara SagradaRhamnus purshianaтаниниПолифенолиВируси, бактерии, гъбички1.0
Антрахинон
кашуAnacardium pulsatillaСалицилови киселиниПолифенолиP. акне
Бактерии, гъбички 91
Рициново зърноRicinus communis? Общ0.0
Цейлонска канелаCinnamomum verumЕтерични масла, дрТерпеноиди, таниниОбщ2.0
лайкаMatricaria chamomillaАнтемна киселинаФенолова киселинаМ. туберкулоза, S. typhimurium, S. aureus, хелминти2.326, 83, 193
Кумарини вируси 24
ЧапаралLarrea tridentataНордихидрогуаретична киселинаЛигнанКожни бактерии2.0
Люти чушки, червен пиперCapsicum annuumкапсаицинтерпеноидБактерии2.042, 107
КарамфилSyzygium aromaticumЕвгенолтерпеноидОбщ1.7
кокаErythroxylum cocaкокаинАлкалоидГрам-отрицателни и -положителни коки0.5
CockleAgrostemma githago? Общ1.0
подбелTussilago farfara? Общ2.0
Кориандър, кориандърCoriandrum sativum? Бактерии, гъбички
Червена боровинкаВаксиниум spp.ФруктозаМонозахаридБактерии 17, 158, 159
Друго
ГлухарчеTaraxacum officinale? C. albicans, S. cerevisiae2.7
копърAnethum graveolensЕтерично маслотерпеноидБактерии3.0
ехинацеяEchinaceae angustifolia? Общ 153
евкалиптЕвкалипт глобулустанинПолифенолБактерии, вируси1.5
терпеноид
Фава бобVicia fabaФабатинтионинБактерии
GambogeГарциния ханбури СмолаОбщ0.5
ЧесънAllium sativumАлицин, аджоенсулфоксидОбщ 150, 187, 188
Сулфатирани терпеноиди 250
женшенPanax notoginseng сапониниЕ. coli, Sporothrix schenckii, стафилокок, Трихофитон2.7
Слава лилияГлориоза супербаколхицинАлкалоидОбщ0.0
Златен печатHydrastis canadensisБерберин, хидрастинАлкалоидибактерии, Giardia duodenale, трипанозоми2.073
плазмодии 163
Готу колаCentella азиатскаАзиатокозидтерпеноидM. leprae1.7
Кора от грейпфрутCitrus Paradisa терпеноидгъбички 209
Зелен чайCamellia sinensisкатехинфлавоноидОбщ2.0
Шигела 235
вибрион 226
S. mutans 166
вируси 113
Хармел, рутПеганум хармала? Бактерии, гъбички1.0
конопCannabis sativaβ-Резерциклична киселинаОрганична киселинаБактерии и вируси1.0
кънаLawsonia inermisГалова киселинаФенолниS. aureus1.5
хмелHumulus lupulusЛупулон, хумулонФенолни киселиниОбщ2.3
(Хеми)терпеноиди
хрянArmoracia rusticana ТерпеноидиОбщ
исопHyssopus officinalisТерпеноидивируси
(японска) билкаRabdosia trichocarpaТрихорабдал АтерпенХеликобактер пилори 108
ЛантанаЛантана камара? Общ1.0
LawsoniaLawsoneхинонМ. туберкулоза
Лавандула-памукSantolina chamaecyparissus? Грам-положителни бактерии, Кандида1.0213
Бобови растения (Западна Африка)Millettia thonningiiАлпинизофлавонфлавонишистосома 175
Лимонов балсамMelissa officinalisтаниниПолифеноливируси 245
Лимонова върбинкаAloysia triphyllaЕтерично маслотерпеноидАскарида1.5
?Е. coli, М. туберкулоза, S. aureus
женско билеGlycyrrhiza glabraGlabrolФенолен алкохолS. aureus, М. туберкулоза2.0
Щастлива ядка, жълтаThevetia peruviana? плазмодий0.0
Боздуган, индийско орехчеMyristica fragrans? Общ1.5
НевенCalendula officinalis? Бактерии2.7
МескитProsopis juliflora? Общ1.5
Планински тютюнАрника монтанахеланинилактониОбщ2.0
дъбQuercus rubraтаниниПолифеноли
Кверцетин (наличен в търговската мрежа)флавоноид 113
ЗехтинOlea europaeaХексаналАлдехидОбщ 120
ЛукAllium cepaалицинсулфоксидбактерии, Кандида 239
Портокалова кораCitrus sinensis?терпеноидгъбички 209
Орегонско гроздеMahonia aquifoliaБерберинАлкалоидплазмодий2.0163
Трипанзоми, общ 73
Пао д’аркоТабебуяСесквитерпениТерпеноидигъбички1.0
папаяКарика папаялатексСмес от терпеноиди, органични киселини, алкалоидиОбщ3.034, 168, 191
Паска-цветеAnemone pulsatillaанемонинилактонБактерии0.5
МентаMentha piperitaМентолтерпеноидОбщ
зеленикаВинка минорРезерпинАлкалоидОбщ1.5
ПейотLophophora williamsiiмескалинАлкалоидОбщ1.5
Коледна звездаEuphorbia pulcherrima? Общ0.0
макPapaver somniferumОпиумАлкалоиди и дрОбщ0.5
картофиSolanum tuberosum? Бактерии, гъбички2.0
Простирани храстиPolygonum aviculare? Общ2.0
Лилава прерийна детелинаПеталостемумПеталостемумолфлавонолБактерии, гъбички 100
хининСинчона sp.хининАлкалоидплазмодий spp.2.0
Рауволфия, чандраRauvolfia serpentinaРезерпинАлкалоидОбщ1.0
РозмаринRosmarinus officinalisЕтерично маслотерпеноидОбщ2.3
ЕспарзетOnobrychis viciifoliaтаниниПолифенолиРуменни бактерии 105
СасафрасSassafras albidum? Хелминти2.0
ЧубрицаСатурея МонтанакарвакролтерпеноидОбщ2.06
СенаCassia angustifoliaРейнАнтрахинонS. aureus2.0
Гладка хортензия, седем кориHydrangea arborescens? Общ2.3
Змийско растениеРивея коримбоза? Общ1.0
Жълт кантарионHypericum perforatumХиперицин и дрАнтрахинонОбщ1.7
Сладко знаме, аирAcorus calamus? Чревни бактерии0.7
вратигаTanacetum vulgareЕтерични маслатерпеноидХелминти, бактерии2.0
ЕстрагонArtemisia dracunculusКафеинови киселини, танинитерпеноидВируси, хелминти2.5
Полифеноли 245
МащеркаThymus vulgarisКафеинова киселинатерпеноидВируси, бактерии, гъбички2.5
тимолФенолен алкохол
таниниПолифеноли
флавони
Дървен бардPodocarpus nagiТотаролфлавонолP. акне, други грам-положителни бактерии 123
Нагилактонлактонгъбички 121
122
Туа-ТуаJatropha gossyphiifolia? Общ0.0
КуркумаCurcuma longaКуркуминТерпеноидиБактерии, протозои 14
масло от куркума
валерианВалериана лекарственаЕтерично маслотерпеноидОбщ2.7
ВърбаSalix albaсалицинФенолен глюкозид
таниниПолифеноли
Етерично маслотерпеноид
WintergreenGaultheria procumbensтаниниПолифенолиОбщ1.0
УдръфGalium odoratumкумаринОбщ3.026, 83, 193
вируси 24
бял равнецAchillea millefolium? Вируси, хелминти2.3
Жълт докRumex crispus? Е. coli, салмонела, стафилокок1.0

Полезните антимикробни фитохимикали могат да бъдат разделени в няколко категории, описани по-долу и обобщени в Таблица ​ Таблица 2. 2 .

ТАБЛИЦА 2

Основни класове антимикробни съединения от растения

класПодкласПримери)МеханизъмПрепратки)
фенолиПрости феноликатехолЛишаване от субстрат174
ЕпикатехинНарушаване на мембраната226
Фенолни киселиниКанелена киселина 66
ХинониХиперицинСвързват се с адхезини, комплексират с клетъчната стена, инактивират ензими58, 114
флавоноидиChrysinСвързва се с адхезини175, 182
флавони Комплекс с клетъчна стена
АбисинонИнактивиране на ензими32, 219
Инхибира обратната транскриптаза на ХИВ164
флавонолиТотарол?122
таниниЕлагитанинСвързва се с протеини196, 210
 Свързване с адхезини192
 Ензимно инхибиране87, 33, 35
 Лишаване от субстрат
 Комплекс с клетъчна стена
  Нарушаване на мембраната
 Комплексиране на метални йони
КумариниВарфаринВзаимодействие с еукариотна ДНК (антивирусна активност)26, 95, 113, 251
Терпеноиди, етерични масла капсаицинНарушаване на мембраната42
Алкалоиди БерберинВнедрява се в клетъчната стена и/или ДНК15, 34, 73, 94
Пиперин
Лектини и полипептиди Маноза-специфичен аглутининБлокирайте сливането или адсорбцията на вируси145, 253
ФабатинОбразуват дисулфидни мостове
Полиацетилени 8S-Heptadeca-2(З),9(З)-диен-4,6-диин-1,8-диол?62

Феноли и полифеноли

Прости феноли и фенолни киселини.

Някои от най-простите биоактивни фитохимикали се състоят от един заместен фенолен пръстен. Канелената и кафеената киселини са често срещани представители на широка група съединения, получени от фенилпропан, които са в най-високо окислително състояние (фиг. ​ (фиг.1). 1).

Структури на общи антимикробни растителни химикали.

Обикновените билки естрагон и мащерка съдържат кафеена киселина, която е ефективна срещу вируси (245), бактерии (31, 224) и гъбички (58).

И катехолът, и пирогалолът са хидроксилирани феноли, за които е доказано, че са токсични за микроорганизмите. Катехолът има две −OH групи, а пирогалолът има три. Смята се, че мястото(ата) и броят на хидроксилните групи във фенолната група са свързани с тяхната относителна токсичност за микроорганизми, с доказателства, че повишеното хидроксилиране води до повишена токсичност (76). В допълнение, някои автори са открили, че по-силно окислените феноли са по-инхибиторни (192, 231). Механизмите, за които се смята, че са отговорни за фенолната токсичност за микроорганизмите, включват инхибиране на ензима от окислените съединения, вероятно чрез реакция със сулфхидрилни групи или чрез по-неспецифични взаимодействия с протеините (137).

Фенолни съединения, притежаващи C3 страничната верига с по-ниско ниво на окисление и без кислород се класифицират като етерични масла и често се цитират като антимикробни. Евгенолът е добре характеризиран представител, открит в маслото от карамфил (фиг. ​ (фиг.1). 1). Евгенолът се счита за бактериостатичен както срещу гъбички (58), така и срещу бактерии (224).

Хинони.

Хиноните са ароматни пръстени с две кетонни замествания (фиг. ​ (фиг.1). 1). Те са повсеместни в природата и са характерно силно реактивни. Тези съединения, тъй като са оцветени, са отговорни за реакцията на покафеняване в нарязани или наранени плодове и зеленчуци и са междинно съединение в пътя на синтеза на меланин в човешката кожа (194). Тяхното присъствие в къна придава на този материал неговите багрилни свойства (69). Превключването между дифенол (или хидрохинон) и дикетон (или хинон) става лесно чрез реакции на окисление и редукция. Индивидуалният редокс потенциал на конкретната двойка хинон-хидрохинон е много важен в много биологични системи, свидетелстващи за ролята на убихинон (коензим Q) в системите за транспорт на електрони при бозайници. Витамин К е сложен нафтохинон. Неговата антихеморагична активност може да бъде свързана с лекотата на окисляване в телесните тъкани (85). Хидроксилирани аминокиселини могат да бъдат превърнати в хинони в присъствието на подходящи ензими, като полифенолоксидаза (233). Реакцията за превръщане на тирозин в хинон е показана на Фиг. ​ Фиг.2. 2 .

Реакция за превръщане на тирозин в хинон.

Освен че осигуряват източник на стабилни свободни радикали, известно е, че хиноните се комплексират необратимо с нуклеофилни аминокиселини в протеините (210), което често води до инактивиране на протеина и загуба на функция. Поради тази причина потенциалната гама от хинонови антимикробни ефекти е голяма. Вероятни мишени в микробната клетка са експонирани на повърхността адхезини, полипептиди на клетъчната стена и мембранно-свързани ензими. Хиноните могат също така да направят субстратите недостъпни за микроорганизма. Както при всички растителни антимикробни средства, възможните токсични ефекти на хиноните трябва да бъдат внимателно проучени.

Kazmi et al. (112) описва антрахинон от Cassia italica, пакистанско дърво, което е бактериостатично за Bacillus anthracis, Corynebacterium pseudodiphthericum, и Pseudomonas aeruginosa и бактерицидно за Pseudomonas pseudomalliae. Хиперицин, антрахинон от жълт кантарион (Hypericum perforatum), получи голямо внимание в популярната преса напоследък като антидепресант, а Duke съобщи през 1985 г., че има общи антимикробни свойства (58).

Флавони, флавоноиди и флавоноли.

Флавоните са фенолни структури, съдържащи една карбонилна група (за разлика от двата карбонила в хиноните) (фиг. ​ (фиг.1). 1). При добавяне на 3-хидроксилна група се получава флавонол (69). Флавоноидите също са хидроксилирани фенолни вещества, но се срещат като C6-° С3 единица, свързана с ароматен пръстен. Тъй като е известно, че те се синтезират от растения в отговор на микробна инфекция (56), не трябва да е изненадващо, че in vitro е установено, че са ефективни антимикробни вещества срещу широк спектър от микроорганизми. Тяхната активност вероятно се дължи на способността им да комплексират с извънклетъчни и разтворими протеини и да комплексират с бактериалните клетъчни стени, както е описано по-горе за хиноните. Повече липофилни флавоноиди могат също да разрушат микробните мембрани (229).

Катехините, най-редуцираната форма на C3 единица във флавоноидни съединения, заслужават специално споменаване. Тези флавоноиди са широко изследвани поради тяхното присъствие в зелените чайове Oolong. Преди време беше забелязано, че чайовете проявяват антимикробно действие (227) и че съдържат смес от катехинови съединения. Тези съединения инхибират in vitro Вибрион холера O1 (25), Streptococcus mutans (23, 185, 186, 228), Шигела (235) и други бактерии и микроорганизми (186, 224). Катехините инактивират холерния токсин в вибрион (25) и инхибира изолирани бактериални глюкозилтрансферази в S. mutans (151), вероятно поради комплексиращи дейности, описани за хиноните по-горе. Тази последна активност беше доказана в in vivo тестове на конвенционални плъхове. Когато плъховете са били хранени с диета, съдържаща 0,1% чаени катехини, кариес на фисури (предизвикан от S. mutans) е намален с 40% (166).

Флавоноидните съединения проявяват инхибиторни ефекти срещу множество вируси. Многобройни проучвания са документирали ефективността на флавоноидите като свертифранхезид (172), глициризин (от женско биле) (242) и хризин (48) срещу ХИВ. Повече от едно проучване установи, че флавоновите производни инхибират респираторния синцитиален вирус (RSV) (21, 111). Kaul et al. (111) предоставят обобщение на дейностите и начините на действие на кверцетин, нарингин, хесперетин и катехин в монослоеве на клетъчна култура in vitro. Докато нарингинът не инхибира вируса на херпес симплекс тип 1 (HSV-1), полиовирус тип 1, параинфлуенца вирус тип 3 или RSV, останалите три флавоноида са ефективни по различни начини. Хесперетин намалява вътреклетъчната репликация на всичките четири вируса, катехинът инхибира инфекциозността, но не и вътреклетъчната репликация на RSV и HSV-1, а кверцетинът е универсално ефективен за намаляване на инфекциозността. Авторите предполагат, че малките структурни различия в съединенията са от решаващо значение за тяхната активност и посочват друго предимство на много растителни производни: техния нисък токсичен потенциал. Средната западна дневна диета съдържа приблизително 1 g смесени флавоноиди (124) фармакологично активните концентрации няма вероятност да бъдат вредни за човешките гостоприемници.

Изофлавонът, открит в западноафриканско бобово растение, алпинумизофлавон, предотвратява шистозомна инфекция, когато се прилага локално (175). Флоретинът, открит в някои серовари на ябълки, може да има активност срещу различни микроорганизми (101). Галангин (3,5,7-трихидроксифлавон), получен от многогодишно тревисто растение Helichrysum aureonitens, изглежда е особено полезно съединение, тъй като е показало активност срещу широк спектър от грам-положителни бактерии, както и гъбички (2) и вируси, по-специално HSV-1 и Коксаки В вирус тип 1 (145).

Очертаването на възможния механизъм на действие на флавоните и флавоноидите е затруднено от противоречиви констатации. Флавоноидите без хидроксилни групи на техните β-пръстени са по-активни срещу микроорганизми, отколкото тези с −OH групите (38) това откритие подкрепя идеята, че тяхната микробна цел е мембраната. Липофилните съединения биха били по-разрушителни на тази структура. Въпреки това, няколко автори са открили и обратния ефект, т.е. колкото повече хидроксилиране, толкова по-голяма е антимикробната активност (189). Това последно откритие отразява сходния резултат за прости феноли (виж по-горе). Безопасно е да се каже, че няма ясна предсказуемост за степента на хидроксилиране и токсичност за микроорганизмите.

Танини.

“Танин” е общо описателно име за група полимерни фенолни вещества, способни да дъбят кожата или да утаяват желатин от разтвор, свойство, известно като стипчивост. Молекулните им тегла варират от 500 до 3000 (87) и се намират в почти всяка растителна част: кора, дървесина, листа, плодове и корени (192). Те са разделени на две групи, хидролизиращи се и кондензирани танини. Хидролизиращите се танини се основават на галова киселина, обикновено като множество естери с d-глюкоза, докато по-многобройните кондензирани танини (често наричани проантоцианидини) са получени от флавоноидни мономери (фиг. ​ (фиг.1). 1). Танините могат да се образуват чрез кондензации на производни на флаван, които са били транспортирани до дървесните тъкани на растенията. Алтернативно, танините могат да се образуват чрез полимеризация на хинонови единици (76). Тази група съединения е получила голямо внимание през последните години, тъй като се предполага, че консумацията на напитки, съдържащи танин, особено зелени чайове и червени вина, може да излекува или предотврати различни заболявания (198).

Много човешки физиологични дейности, като стимулиране на фагоцитни клетки, медиирана от гостоприемника туморна активност и широк спектър от антиинфекциозни действия, се приписват на танините (87). Едно от техните молекулярни действия е да комплексират с протеини чрез така наречените неспецифични сили като водородни връзки и хидрофобни ефекти, както и чрез образуване на ковалентна връзка (87, 210). По този начин техният начин на антимикробно действие, както е описано в раздела за хиноните (виж по-горе), може да бъде свързан със способността им да инактивират микробни адхезини, ензими, транспортни протеини в клетъчната обвивка и т.н. Те също така се комплексират с полизахарид (247). Антимикробното значение на тази конкретна активност не е проучено. Съществуват и доказателства за директно инактивиране на микроорганизми: ниските концентрации на танин променят морфологията на зародишните тръби на Crinipellis perniciosa (33). Танините в растенията инхибират растежа на насекоми (196) и нарушават храносмилателните процеси при животни от преживен живот (35).

Scalbert (192) прави преглед на антимикробните свойства на танините през 1991 г. Той изброява 33 проучвания, които са документирали инхибиторната активност на танините до този момент. Според тези проучвания, танините могат да бъдат токсични за нишковидни гъбички, дрожди и бактерии. Установено е, че кондензираните танини свързват клетъчните стени на руменните бактерии, предотвратявайки растежа и протеазната активност (105). Въпреки че това все още е спекулативно, танините се считат поне за частично отговорни за антибиотичната активност на метанолните екстракти от кората на Terminalia alata намерен в Непал (221).Тази активност се засилва чрез активиране на UV светлина (320 до 400 nm при 5 W/m 2 за 2 h). Най-малко две проучвания показват, че танините инхибират вирусните обратни транскриптази (111, 155).

Кумарини.

Кумарините са фенолни вещества, направени от кондензирани бензолови и α-пиронови пръстени (161). Те са отговорни за характерната миризма на сено. Към 1996 г. са идентифицирани най-малко 1300 (95). Славата им идва главно от техните антитромботични (223), противовъзпалителни (177) и вазодилататорни (152) действия. Варфаринът е особено добре познат кумарин, който се използва както като перорален антикоагулант, така и като родентицид (113). Може също да има антивирусни ефекти (24). Известно е, че кумарините са силно токсични при гризачи (232) и поради това се третират с повишено внимание от медицинската общност. Въпреки това, последните проучвания показват “изразен вид-зависим метаболизъм” (244), така че много изследвания in vivo върху животни не могат да бъдат екстраполирани върху хора. Изглежда, че токсичните кумаринови производни могат безопасно да се екскретират с урината при хора (244).

Няколко други кумарини имат антимикробни свойства. Р. Д. Торнс, работещ в болницата в Бостън през 1954 г., търси агент за лечение на вагинална кандидоза при бременни пациентки. Установено е, че ин витро кумарин инхибира Candida albicans. (По време на последващи тестове in vivo върху зайци, водоснабдяването с кумарин беше по невнимание дадено на всички животни в изследователското съоръжение и беше открито, че е мощен контрацептивен агент, когато програмите за развъждане започнаха да се провалят 񛈥].) ефекти са описани по-късно (206).

Като група е установено, че кумарините стимулират макрофагите (37), което може да има непряк отрицателен ефект върху инфекциите. По-конкретно, кумаринът е използван за предотвратяване на рецидиви на херпес, причинен от HSV-1 при хора (24), но е установено, че е неефективен срещу проказа (225). Хидроксиканелените киселини, свързани с кумарините, изглежда инхибират грам-положителните бактерии (66). Също така, фитоалексините, които са хидроксилирани производни на кумарини, се произвеждат в морковите в отговор на гъбична инфекция и може да се предположи, че имат противогъбична активност (95). Общата антимикробна активност е документирана при дървесина (Galium odoratum) екстракти (224). Като цяло, данните за специфични антибиотични свойства на кумарините са оскъдни, въпреки че много доклади дават основание да се смята, че някои полезни вещества могат да се намират в тези фитохимикали (26, 83, 193). По-нататъшни изследвания са оправдани.

Терпеноиди и етерични масла

Ароматът на растенията се носи в така наречената quinta essentia, или фракция от етерично масло. Тези масла са вторични метаболити, които са силно обогатени със съединения на базата на изопренова структура (фиг. ​ (фиг.1). 1). Те се наричат ​​терпени, общата им химическа структура е C10Х16и се срещат като дитерпени, тритерпени и тетратерпени (C20, ° С30, и C40), както и хемитерпени (C5) и сесквитерпени (C15). Когато съединенията съдържат допълнителни елементи, обикновено кислород, те се наричат ​​терпеноиди.

Терпеноидите се синтезират от ацетатни единици и като такива споделят своя произход с мастните киселини. Те се различават от мастните киселини по това, че съдържат обширни разклонения и са циклизирани. Примери за често срещани терпеноиди са метанол и камфор (монотерпени) и фарнезол и артемизин (сесквитерпеноиди). Артемизинът и неговото производно α-arteether, известен също с името qinghaosu, намират настояща употреба като антималарийни средства (237). През 1985 г. управителният комитет на научната работна група на Световната здравна организация решава да разработи последното лекарство като лечение на церебрална малария.

Терпените или терпеноидите са активни срещу бактерии (4, 8, 22, 82, 90, 121, 144, 197, 220, 221), гъби (18, 84, 122, 179, 180, 213, 221), вируси (74, 86, 173, 212, 246) и протозои (78, 237). През 1977 г. беше съобщено, че 60% от изследваните до момента производни на етерично масло са инхибиращи гъбичките, докато 30% инхибират бактериите (39). Тритерпеноидната бетулинова киселина е само един от няколкото терпеноиди (виж по-долу), за които е доказано, че инхибират ХИВ. Механизмът на действие на терпените не е напълно разбран, но се предполага, че включва разрушаване на мембраната от липофилните съединения. Съответно, Mendoza et al. (144) установи, че увеличаването на хидрофилността на кауреновите дитерпеноиди чрез добавяне на метилова група драстично намалява тяхната антимикробна активност. Учените по храните са открили, че терпеноидите, присъстващи в етеричните масла от растения, са полезни при контрола на Listeria monocytogenes (16). Установено е, че маслото от босилек, предлагана в търговската мрежа билка, е толкова ефективно, колкото 125 ppm хлор при дезинфекция на листа от маруля (241).

Чилийските чушки са хранителен продукт, който се среща почти повсеместно в много мезоамерикански култури (44). Тяхната употреба може да отразява повече от желание за овкусяване на храните. Много основни хранителни вещества, като витамин С, провитамини А и Е и няколко витамина от група В, се намират в чили (27). Терпеноидна съставка, капсаицин, има широк спектър от биологични активности при хората, засягайки нервната, сърдечно-съдовата и храносмилателната система (236), както и намираща приложение като аналгетик (47). Доказателствата за неговата антимикробна активност са противоречиви. Наскоро Cichewicz и Thorpe (42) откриха, че капсаицинът може да засили растежа на Candida albicans но че ясно инхибира различни бактерии в различна степен. Въпреки че е вероятно вреден за човешката стомашна лигавица, капсаицинът е и бактерициден за Хеликобактер пилори (106). Друг дитерпен с горещ вкус, афрамодиал, от камерунска подправка, е широкоспектърно противогъбично средство (18).

Разтворимата в етанол фракция на лилавата прерийна детелина дава терпеноид, наречен петалостемумол, който показва отлична активност срещу Bacillus subtilis и Стафилококус ауреус и по-ниска активност срещу грам-отрицателни бактерии, както и Candida albicans (100). Два дитерпена, изолирани от Batista et al. (23) беше установено, че са по-демократични, срещу които работят добре Стафилококус ауреус, V. холера, P. aeruginosa, и Кандида spp. Когато се наблюдава, че жителите на Мали използват кората на дърво, наречена Ptelopsis suberosa за лечение на стомашни язви, изследователите тестваха фракции, съдържащи терпеноиди, при 10 плъха преди и след химически индуцирани язви. Те открили, че терпеноидите предотвратяват образуването на язви и намаляват тежестта на съществуващите язви. Не е ясно дали тази активност се дължи на антимикробно действие или на защита на стомашната лигавица (53). Kadota et al. (108) установи, че трихорабдал А, дитерпен от японска билка, може директно да инхибира H. pylori.

Алкалоиди

Хетероцикличните азотни съединения се наричат ​​алкалоиди. Първият медицински полезен пример за алкалоид е морфинът, изолиран през 1805 г. от опиумния мак Papaver somniferum (69) името морфин идва от гръцкото Morpheus, бог на сънищата. Кодеинът и хероинът са производни на морфина. Обикновено се установява, че дитерпеноидните алкалоиди, обикновено изолирани от растенията от семейство Ranunculaceae или лютиче (107) (15), имат антимикробни свойства (163). Соламаргин, гликоалкалоид от плодовете на Solanum Khasianumи други алкалоиди могат да бъдат полезни срещу HIV инфекция (142, 200), както и чревни инфекции, свързани със СПИН (140). Въпреки че е установено, че алкалоидите имат микробиоцидно действие (включително срещу Giardia и Entamoeba видове 學]), основният антидиарейен ефект вероятно се дължи на тяхното въздействие върху времето за преминаване в тънките черва.

Берберинът е важен представител на групата на алкалоидите. Той е потенциално ефективен срещу трипанозоми (73) и плазмодии (163). Механизмът на действие на силно ароматните планарни кватернерни алкалоиди като берберин и харман (93) се приписва на способността им да се интеркалират с ДНК (176).

Лектини и полипептиди

Пептидите, които инхибират микроорганизмите, са съобщени за първи път през 1942 г. (19). Те често са положително заредени и съдържат дисулфидни връзки (253). Техният механизъм на действие може да бъде образуването на йонни канали в микробната мембрана (222, 253) или конкурентно инхибиране на адхезията на микробни протеини към гостоприемни полизахаридни рецептори (202). Скорошният интерес е съсредоточен най-вече върху изучаването на анти-HIV пептиди и лектини, но инхибирането на бактериите и гъбичките от тези макромолекули, като това от тревисти Амарант, отдавна е известно (50).

Тионините са пептиди, често срещани в ечемика и пшеницата и се състоят от 47 аминокиселинни остатъка (45, 143). Те са токсични за дрожди и грам-отрицателни и грам-положителни бактерии (65). Тионините AX1 и AX2 от захарно цвекло са активни срещу гъбички, но не и срещу бактерии (118). Фабатин, наскоро идентифициран пептид с 47 остатъка от фава боб, изглежда е структурно свързан с γ-тионини от зърна и инхибира Е. coli, P. aeruginosa, и Enterococcus hirae но не Кандида или Saccharomyces (253).

По-големите лектинови молекули, които включват специфични за маноза лектини от няколко растения (20), MAP30 от горчив пъпеш (128), GAP31 от Gelonium multiflorum (28) и жакалин (64) инхибират вирусната пролиферация (HIV, цитомегаловирус), вероятно чрез инхибиране на вирусното взаимодействие с критични компоненти на клетката гостоприемник. Струва си да се подчертае, че молекули и съединения като тези, чийто начин на действие може да бъде да инхибира адхезията, няма да бъдат открити чрез използване на повечето общи протоколи за скрининг на растителни антимикробни средства, дори и с ръководените от биоанализ процедури за фракциониране (131, 181), използвани от естествените продукти химици (вижте по-долу). Това е област на етнофармакологията, която заслужава внимание, така че първоначалните прегледи на потенциално фармакологично активни растения (описани в препратки 25, 43 и 238) могат да бъдат направени по-полезни.

Смеси

Пръчката за дъвчене се използва широко в африканските страни като помощно средство за устна хигиена (вместо четка за зъби) (156). Пръчиците за дъвчене идват от различни видове растения и в рамките на една пръчка химически активният компонент може да бъде хетерогенен (5). Сурови екстракти от един вид, използвани за тази цел, Serindeia werneckei, инхибира пародонталните патогени Porphyromonas gingivalis и Bacteroides melaninogenicus ин витро (183). Активният компонент на нигерийската пръчка за дъвчене (Fagara zanthoxyloides) е установено, че се състои от различни алкалоиди (157). Все още не е известно дали тези съединения, отдавна използвани в развиващите се страни, могат да намерят приложение в западния свят.

папая (Карика папая) дава млечен сок, често наричан латекс, който е сложна смес от химикали. Главен сред тях е папаинът, добре познат протеолитичен ензим (162). Алкалоидът, карпаин, също присъства (34). Терпеноидите също присъстват и могат да допринесат за неговите антимикробни свойства (224). Osato et al. (168) установи, че латексът е бактериостатичен B. subtilis, Enterobacter cloacae, Е. coli, Салмонела тифи, Стафилококус ауреус, и Протей вулгарис.

Аюрведа е вид лечебен занаят, практикуван в Индия, но не е непознат в Съединените щати. Практикуващите аюрведа разчитат на растителни екстракти, както “pure” еднорастителни препарати, така и смесени формулировки. Препаратите имат лирични имена, като Ashwagandha (Withania somnifera корен) (54), Cauvery 100 (смес) (133) и Livo-vet (125). Тези препарати се използват за лечение на животни, както и хора (125). В допълнение към антимикробната им активност е установено, че имат антидиарийни (134), имуномодулиращи (54, 133), противоракови (59) и психотропни (201) свойства. Изследванията in vivo на Abana, аюрведична формулировка, установяват леко намаляване на експериментално предизвиканите сърдечни аритмии при кучета (75). Два микроорганизма, срещу които действат аюрведичните препарати, са Аспергил spp. (54) и Propionibacterium acnes (170). (Проучването на аспергилозата е проведено с мишки in vivo и следователно е невъзможно да се определи дали ефектите се дължат по-скоро на стимулиране на макрофагната активност при цялото животно, отколкото на директни антимикробни ефекти.)

Токсичността на аюрведичните препарати е обект на някои спекулации, особено след като някои от тях включват метали. Прпич-Майич и др. идентифицира високи нива на олово в кръвта на възрастни доброволци, които са се самолекували с аюрведични лекарства (178).

Прополисът е суров екстракт от балсама от различни дървета, често се нарича пчелен клей, тъй като пчелите го събират от дърветата. Неговият химичен състав е много сложен: подобно на латексите, описани по-горе, присъстват терпеноиди, както и флавоноиди, бензоени киселини и естери, както и заместени фенолни киселини и естери (9). Установено е, че синтетичните канелени киселини, идентични с тези от прополиса, инхибират хемаглутинационната активност на грипния вирус (199). Amoros et al. установи, че прополисът е активен срещу устойчив на ацикловир мутант на HSV-1, аденовирус тип 2, вирус на везикуларен стоматит и полиовирус (9). Смеси от химикали, каквито се намират в латекс и прополис, могат да действат синергично. Докато флавоновите и флавонолните компоненти са активни в изолация срещу HSV-1, множество флавоноиди, инкубирани едновременно с вируса, са по-ефективни от отделните химикали, възможно обяснение защо прополисът е по-ефективен от неговите отделни съединения (10). Разбира се, по-вероятно е смесите да съдържат токсични съставки и те трябва да бъдат щателно проучени и стандартизирани, преди да бъдат одобрени за широкомащабна употреба на Запад.

Други съединения

Установено е, че много фитохимикали, които не са споменати по-горе, имат антимикробни свойства. Този преглед се е опитал да се съсредоточи върху доклади за химикали, за които в множество случаи е установено, че са активни. Трябва да се спомене обаче, че има съобщения за антимикробни свойства, свързани с полиамини (по-специално спермидин) (70), изотиоцианати (57, 104), тиосулфинати (215) и глюкозиди (149, 184).

Полиацетилените заслужават специално споменаване. Estevez-Braun et al. изолира C17 полиацетиленово съединение от Bupleurum salicifolium, растение, произхождащо от Канарските острови. Съединението, 8С-хептадека-2(З),9(З)-диен-4,6-диин-1,8-диол, инхибира S. aureus и B. subtilis но не и към грам-отрицателни бактерии или дрожди (62). Ацетиленовите съединения и флавоноидите от растения, традиционно използвани в Бразилия за лечение на маларийна треска и чернодробни заболявания, също се свързват с антималарийна активност (29).

Много е писано за антимикробното действие на сока от червена боровинка. В исторически план на жените е казано да пият сока, за да предотвратят и дори да лекуват инфекции на пикочните пътища. В началото на 90-те години изследователите откриват, че монозахаридът фруктоза, присъстващ в соковете от червена боровинка и боровинка, конкурентно инхибира адсорбцията на патогенни Е. coli към епителните клетки на пикочните пътища, действащи като аналог на манозата (252). Клиничните проучвания потвърждават защитните ефекти на сока от червена боровинка (17). Много плодове обаче съдържат фруктоза и изследователите сега търсят второ активно съединение от сок от червена боровинка, което допринася за антимикробните свойства на този сок (252).


Платформа за синтетични фаги

Фагите, естествени хищници на бактерии, са били в непрекъсната битка в продължение на милиони години - развивайки се, за да убиват или да избягват. Тези мощни естествени фаги могат нарочно да бъдат проектирани да бъдат по-ефективни убийци. Използването на инструменти за синтетична биология позволява на Armata да проектира прецизно естествени фаги по начини, които допълнително подобряват техните фармакологични свойства и антимикробна активност, с потенциал за създаване на свръхзаредени синтетични фаги, които могат да бъдат използвани в клиниката като високоефективно оръжие в борбата срещу множество лекарства. резистентни бактериални инфекции. Инженерните естествени фаги могат да разширят обхвата на техния приемник, да сведат до минимум резистентността и да подобрят ефикасността чрез експресията на полезни части като ензими, разграждащи биофилма и антимикробни пептиди (включително STAMP).

Armata използва своята собствена платформа за синтетични фаги, за да разработи целеви терапевтици за лечение на различни бактериални инфекции, резистентни към множество лекарства.

Откриване на фаги и фенотипиране

Разработването на синтетични фагови продукти, насочени към специфичен патоген, започва с изолирането на мощни естествени фаги от екологични и клинични проби. Голямата библиотека на множествено резистентни към лекарства патогени на Armata (например патогени на ESKAPE) и микробиомни цели помага при идентифицирането на оптималните кандидати за фаги за инженерство надолу по веригата.

Инженеринг на биоинформатиката

В партньорство със Synthetic Genomics, Armata използва секвениране от следващо поколение и собствена база данни за секвениране и софтуер за анализи на своите фаги.

Инженерен фаг за придаване на желани свойства

В зависимост от целевия патоген, идентифицираните естествени фаги са проектирани, за да позволят желани фенотипове като широк обхват на гостоприемник, експресия на полезен товар, разграждане на биофилма, предотвратяване на резистентност и показване на биоактивен пептид. Конструираните фаги се оценяват както in vitro, така и in vivo за определяне на фармакологични и токсикологични параметри, за да се потвърди техният потенциал в клиниката.

Вътрешно разработване на формулировка и възможности за CMC

Armata разработи и придоби висококвалифициран опит в разработването на процеси и производството на фаги, за да управлява собствените си платформи с доказани възможности от пейката до клиниката. Нашите съоръжения за научноизследователска и развойна дейност са оборудвани с производствени пакети на cGMP, позволяващи производството, пречистването и тестването и освобождаването на материал за клинични изпитвания.


Заден план

Човешкият серумен албумин (HSA) е най-разпространеният транспортен протеин, присъстващ в кръвната плазма с нормална физиологична концентрация от 0,6 mM. Той е активен като мономер с 585 остатъка и молекулно тегло 66,5 kDa. HSA има висок общ капацитет на свързване поради редица различни места на свързване, разпределени върху целия протеин, и свързва множество ендогенни и екзогенни съединения [1].Двете най-добре характеризирани места на свързване по отношение на специфичността на лиганда и структурната информация са лекарственото място I и лекарственото място II, разположени съответно в поддомейн IIA и IIIA [2]. Известно е, че HSA има предпочитание за настаняване на неутрални липофилни и киселинни лекарствени лиганди, което съответства добре на основната му функция като транспортер на мастни киселини. Съществуват изключения от това обобщение и основни остатъци са наблюдавани като HSA лиганди, въпреки че са публикувани само няколко експериментални комплекса [1]. Досега експерименталните комплекси с основен лиганд HSA включват флуоресцентния маркер на лекарственото място I данзил-L-аргинин, свързан в лекарственото място I, и анестетичното съединение лидокаин, разположено в ново място на свързване [3, 4].

HSA действа като отрицателен протеин в острата фаза и неговата физиологична концентрация може да намалее до два пъти при редица физиологични и патологични състояния [5]. Това колебание в плазменото ниво на HSA влияе върху равновесието между свързаните и свободните фракции на съединение, което се свързва с транспортния протеин, и може да повлияе на стратегиите за дозиране на лекарството [6]. В случаите, когато силно хидрофобни съединения се свързват с HSA, общата разтворимост на лекарството в плазмата ще се увеличи. Увеличаването на разтворимостта на лекарството в плазмата се счита за полезно, но високият афинитет към HSA ще изисква по-високи дози и може да бъде недостатък [7]. Двойната роля на HSA свързването зависи от свойствата на съединението и сравнителната сила на афинитета. Лекарствата, които се свързват с HSA, също са предразположени към промени, причинени от алостерични модулации, индуцирани от допълнително свързване на лекарства и мастни киселини [7]. Промените в концентрацията на ендогенни и екзогенни лиганди в плазмата могат допълнително да индуцират освобождаване на свързаните лекарства в свободно състояние чрез конкуренция за едно и също място на свързване и да доведат до токсични плазмени нива [7].

Антимикробните пептиди (AMPs) са част от вродената имунна система на бозайници, насекоми и растения и действат като първа линия на защита срещу вредни микроорганизми [8–11]. Повечето AMPs споделят общите характеристики на цялостен положителен заряд и амфифилна третична структура с клъстери от катионни и хидрофобни остатъци, но на ниво последователност и вторична структура се наблюдава голямо разнообразие. AMP често са продукти на предварително разцепване на протеини, които се произвеждат бързо и евтино като имунен отговор. Има няколко предложени механизма за бактерицидна активност на AMPs, като взаимодействието и разрушаването на бактериалната клетъчна мембрана е обща черта [12, 13]. Тези неспецифични мембранни механизми са в съгласие с експериментални наблюдения като широката активност и необходимостта от относително високи концентрации на AMPs за убиване на микроорганизми. Съществуват AMP с механизми за разпознаване на рецептори, но се отличават с по-висока активност и специфичност от тези, които взаимодействат с бактериалната мембрана [12].

Синтетичните катионни антимикробни пептиди (CAP), изследвани в тази работа, са разработени въз основа на скъсяване и систематични мутации на лактоферицин, естествен AMP, открит в млякото [14–16]. Определеният фармакофор установи, че минималният мотив за антимикробна активност е два катионни заряда и две хидрофобни части и те могат да бъдат включени в последователности, къси като ди- и три-пептиди [16]. Връзката структура-активност (SAR) е допълнително проучена чрез включване на синтетични хидрофобни части и вариация на основните остатъци [17–20]. Въпреки че пептидите са твърде малки, за да получат някаква специфична вторична структура, експериментите с молекулярно моделиране показват, че гъвкавите амфипатични конформации са едно от ключовите свойства на CAP [18]. По-рано открихме, че CAP се свързват с албумин в ниския диапазон на μM и когато HSA беше включен в клетъчно базирани анализи при физиологични концентрации, минималната инхибиторна концентрация (MIC) на CAPs беше увеличена с порядък [21]. Наскоро се съобщава за свързване на албумин и за други AMP [22]. Предишни проучвания на ADMET върху CAP са фокусирани главно върху протеазната стабилност, но стабилността и стабилността на кръвната плазма в основните метаболитни компартменти на тялото също са изследвани [20, 23–25].

Изследванията на синтезиран лактоферицин като ретро, ​​инверсо и ретроинверсо версии поддържат бактериална мембранно-зависим механизъм, като не могат да разграничат която и да е от активностите на вариантите [26]. При други изследвания, включващи пълни варианти на D-аминокиселини и D-аминокиселини в CAP последователностите, антимикробната активност все още се запазва в сравнение с нативната [16, 24]. Малко вероятно е механизмът за разпознаване на рецептори да не бъде засегнат от някоя от тези структурни модификации. Също така в подкрепа на мембранолитичната хипотеза е бързото убиване на бактерии и докладваните стойности на MIC в диапазона μM [24]. Молекулярно-динамичните симулации (MD) и изследванията на NMR липозомна дисперсия на CAPs в мембранна система осигуряват разумно тълкуване на възможното взаимодействие на мембраната и показват клетъчен лизис чрез механизма на килима [27]. Групата Kallenbach е изследвала ефекта от прикрепването на скелета и обогатяването на плътността на пептиди, съдържащи аргинин и триптофан, и предполага, че увеличаването на плътността повишава антимикробната активност [28–30].

Досега е извършена голяма работа за изследване на различните аспекти на ОСП, с основна цел да се разработи нов клас антибиотици за клинична употреба. Както показва предишното ни проучване за свързване на албумина, HSA намалява фракцията на CAP в плазмата, когато присъства във физиологични концентрации, и следователно намалява антимикробната активност. Това поведение влияе върху начина, по който CAP ще бъдат управлявани в следващата стъпка от пептидното инженерство и дали е възможно да се стреми към системно разпределение в плазмата. Малката и подобна на лекарство молекулярна структура на ОСП улеснява отчасти потенциала за по-нататъшно развитие в нови лекарства. Взаимодействието с плазмените протеини на лекарствени молекули не е необичайно, тъй като в повечето случаи е по-скоро правило, отколкото изключение. Подробните познания за взаимодействието на HSA на CAP биха били полезни при разработването на тези пептиди за използване в борбата с нарастването на резистентни към антибиотици бактерии.

Тук ние съобщаваме за свързването на селекция от CAP с човешки албумин заедно с експерименти за конкурентно свързване с референтни лиганди за HSA лекарствено място I и II, определени чрез изотермична титруваща калориметрия (ITC) и наблюдение на ЯМР воден лиганд с градиентна спектроскопия (WaterLOGSY). За да се изследва по-подробно взаимодействието, бяха проведени NMR експерименти, прилагащи разлика в трансфера на насищане (STD) за групово епитопно картиране (GEM) и INPHARMA за трансфер на сигнал между референтен лиганд и CAP. Беше извършено и молекулярно докинг, за да се получи по-добро разбиране на механизма на свързване.


Признания

Благодарим на д-р Шанкар Тангамани за помощта в конфокалната микроскопия. Благодарим на д-р Харун Мохамад за редактирането на ръкописа. Мохамед Ф. Мохамед е подкрепен от стипендия от Египетското културно и образователно бюро (ECEB) във Вашингтон, САЩ. Клинични изолати на мултирезистентни лекарства S. aureus бяха предоставени от мрежата за антимикробна резистентност в Стафилококус ауреус (NARSA) програма, поддържана съгласно NIAID/NIH договор № HHSN272200700055C. Изследванията, докладвани в тази публикация, бяха подкрепени от Националния институт по алергии и инфекциозни болести на Националните здравни институти под номер на награда R56AI114861.


Препратки

O’Neill, S. & O’Driscoll, L. Метаболитен синдром: по-внимателен поглед към нарастващата епидемия и свързаните с нея патологии. Затлъстяване. Rev. 16, 1–12 (2015).

de la Fuente-Nunez, C., Torres, M.D., Mojica, F.J. & Lu, T.K. Прецизни антимикробни средства от следващо поколение: към персонализирано лечение на инфекциозни заболявания. Curr. Opin. Microbiol. 37, 95–102 (2017).

Haellman, V. & amp Fussenegger, M. Синтетична биология – към терапевтични решения. J. Mol. Biol. 428, 945–962 (2016).

Манцони, Р., Уриос, А., Веласкес-Гарсия, С., де Надал, Е. и Позас, Ф. Синтетична биология: прозрения в биологичните изчисления. Integr. Biol. (Камб.) 8, 518–532 (2016).

Fischbach, M.A., Bluestone, J.A. & Lim, W.A. Клетъчно-базирана терапия: следващият стълб на медицината. Sci. Превод Мед. 5, 179ps7 (2013).

Eyjolfsdottir, H. et al. Целенасочено доставяне на фактор на растеж на нервите към холинергичния базален преден мозък на пациенти с болестта на Алцхаймер: приложение на капсулирано устройство за биодоставка на клетки от второ поколение. Алцхаймер Res. Тер. 8, 30 (2016).

Porter, D.L. et al. Химерни антигенни рецепторни Т клетки персистират и индуцират трайни ремисии при рецидивираща рефрактерна хронична лимфоцитна левкемия. Sci. Превод Мед. 7, 303ra139 (2015).

Камерън, D. E., Bashor, C. J. & amp Collins, J. J. Кратка история на синтетичната биология. Нац. Rev. Microbiol. 12, 381–390 (2014).

Gossen, M. & amp Bujard, H. Строг контрол на генната експресия в клетки на бозайници чрез тетрациклин-отзивчиви промотори. Proc. Натл акад. Sci. САЩ 89, 5547–5551 (1992).

Ausländer, S. & amp Fussenegger, M. От генни превключватели към дизайнерски клетки на бозайници: настоящи и бъдещи перспективи. Тенденции Biotechnol. 31, 155–168 (2013).

Kemmer, C. et al. Дизайнерска мрежа, координираща изкуственото осеменяване на говеда чрез освобождаване на имплантирани сперматозоиди, предизвикано от овулация. J. Контрол. Освободете 150, 23–29 (2011).

Schukur, L., Geering, B., Charpin-El Hamri, G. & amp Fussenegger, M. Имплантируеми синтетични цитокини конвертиращи клетки с логика AND-gate лекуват експериментален псориазис. Sci. Превод Мед. 7, 318ra201 (2015).

Geering, B. & amp Fussenegger, M. Синтетична имунология: модулиране на човешката имунна система. Тенденции Biotechnol. 33, 65–79 (2015).

Wang, H., Ye, H., Xie, M., Daoud El-Baba, M. & amp Fussenegger, M. Перкутанно дистанционно управление на трансгенна експресия при мишки, предизвикано от козметика. Нуклеинови киселини Res. 43, e91 (2015).

di Bernardo, D., Marucci, L., Menolascina, F. & Siciliano, V. Предсказване на синтетични генни мрежи. Методи Mol. Biol. 813, 57–81 (2012).

Din, M.O. et al. Синхронизирани цикли на бактериален лизис за доставка in vivo. природата 536, 81–85 (2016).

Ye, H. et al. Фармацевтично контролирана дизайнерска схема за лечение на метаболитен синдром. Proc. Натл акад. Sci. САЩ 110, 141–146 (2013).

Bai, P. et al. Устройство, базирано на синтетична биология, предотвратява увреждане на черния дроб при мишки. J. Hepatol. 65, 84–94 (2016).

Danino, T. et al. Програмируеми пробиотици за откриване на рак в урината. Sci. Превод Мед. 7, 289ra84 (2015).

Della Peruta, M. et al. Преференциално насочване към дисеминирани чернодробни тумори с помощта на рекомбинантен адено-асоцииран вирусен вектор. Хъм Джийн Тер. 26, 94–103 (2015).

Amir, Y. et al. Универсално изчисление от ДНК оригами роботи в живо животно. Нац. Нанотехнология. 9, 353–357 (2014).

Sedlmayer, F., Jaeger, T., Jenal, U. & amp Fussenegger, M. Кворум-гасящи човешки дизайнерски клетки за контрол в затворен цикъл на Pseudomonas aeruginosa биофилми. Нано Лет. 17, 5043–5050 (2017).

Zheng, J.H. et al. Двустепенна подобрена имунотерапия срещу рак с инженерно Salmonella typhimurium секретиращ хетероложен флагелин. Sci. Превод Мед. 9, eaak9537 (2017).

Saxena, P., Charpin-El Hamri, G., Folcher, M., Zulewski, H. & Fussenegger, M. Синтетична генна мрежа, възстановяваща ендогенен контрол на обратната връзка между хипофизата и щитовидната жлеза при експериментална болест на Грейвс. Proc. Натл акад. Sci. САЩ 113, 1244–1249 (2016).

Heng, B.C., Aubel, D. & amp Fussenegger, M. Протетични генни мрежи като алтернатива на стандартните фармакотерапии за метаболитни нарушения. Curr. Opin. Биотехнология. 35, 37–45 (2015).

Rössger, K., Charpin-El-Hamri, G. & amp Fussenegger, M. Синтетична генна верига със затворен цикъл за лечение на предизвикано от диета затлъстяване при мишки. Нац. комун. 4, 2825 (2013).

Maude, S.L. et al. Химерни антигенни рецепторни Т клетки за продължителни ремисии при левкемия. N. Engl. J. Med. 371, 1507–1517 (2014).

Wu, C.Y., Roybal, K.T., Puchner, E.M., Onuffer, J. & Lim, W.A. Дистанционно управление на терапевтични Т-клетки чрез химерен рецептор с малка молекула. наука 350, aab4077 (2015).

Ausländer, D. et al. Синтетичен многофункционален pH сензор и CO при бозайници2 устройство за трансгенен контрол. Mol. клетка 55, 397–408 (2014).

Shao, J. et al. Оптогенетично проектирани клетки, управлявани от смартфон, позволяват полуавтоматична глюкозна хомеостаза при диабетни мишки. Sci. Превод Мед. 9, eaal2298 (2017).

Kojima, R., Aubel, D. & amp Fussenegger, M. Нови тераностични агенти за персонализирана медицина от следващо поколение: малки молекули, наночастици и проектирани клетки на бозайници. Curr. Opin. Chem. Biol. 28, 29–38 (2015).

Ausländer, S. & amp Fussenegger, M. Инженерни генни вериги за приложения, базирани на клетки на бозайници. Студен извор Харб. Перспектива. Biol. 8, a023895 (2016).

Brophy, J. A. & amp Voigt, C. A. Принципи на дизайна на генетични вериги. Нац. Методи 11, 508–520 (2014).

Ausländer, S., Ausländer, D. & amp Fussenegger, M. Синтетична биология – синтезът на биологията. Angew. Chem. Int. Изд. 56, 6396–6419 (2017).

Schwarz, K. A. & amp Leonard, J. N. Инженеринг на клетъчно-базирани терапии за стабилно взаимодействие с физиологията на гостоприемника. адв. Drug Deliv. Rev. 105, 55–65 (2016).

Zargar, A., Payne, G. F. & amp Bentley, W. E. „биопроизводствен макет“: програмиране, сглобяване и задействане на клетъчни мрежи. Curr. Opin. Биотехнология. 36, 154–160 (2015).

Müller, M. et al. Проектирани клетъчни консорциуми като програмируеми с аромат аналогово-цифрови преобразуватели. Нац. Chem. Biol. 13, 309–316 (2017).

Брадли, Р. В., Бък, М. и Уанг, Б. Инструменти и принципи за инженерство на микробни генни вериги. J. Mol. Biol. 428, 862–888 (2016).

Cheng, J.K. & Alper, H.S. Проектиране на синтетични промотори за система от бозайници, ръководено от транскриптомика. ACS Synth. Biol. 5, 1455–1465 (2016).

Ceroni, F., Algar, R., Stan, G. B. & amp Ellis, T. Количественото определяне на клетъчен капацитет идентифицира дизайни на генна експресия с намалено натоварване. Нац. Методи 12, 415–418 (2015).

Weinberg, B.H. et al. Мащабно проектиране на здрави генетични вериги с множество входове и изходи за клетки на бозайници. Нац. Биотехнология. 35, 453–462 (2017).

Nielsen, A.A. et al. Автоматизация на проектиране на генетични вериги. наука 352, aac7341 (2016).

Matsuoka, Y., Funahashi, A., Ghosh, S. & Kitano, H. Моделиране и симулация с помощта на CellDesigner. Методи Mol. Biol. 1164, 121–145 (2014).

Otero-Muras, I., Henriques, D. & amp Banga, J. R. SYNBADm: инструмент за базиран на оптимизация автоматизиран дизайн на синтетични генни вериги. Биоинформатика 32, 3360–3362 (2016).

Mohammadi, P., Beerenwinkel, N. & Benenson, Y. Автоматизирано проектиране на схеми за класификатор на синтетични клетки, използвайки стратегия за оптимизация в две стъпки. клетъчна система 4, 207–218.e14 (2017).

Baig, H. & amp Madsen, J. Симулационен подход за анализ на времето на генетични логически вериги. ACS Synth. Biol. 6, 1169–1179 (2017).

Kong, D.S. et al. Микрофлуидика с отворен код, управлявана от общността с метафлуидика. Нац. Биотехнология. 35, 523–529 (2017).

Gallagher, R. R., Li, Z., Lewis, A. O. & amp Isaacs, F. J. Бързо редактиране и еволюция на бактериални геноми с помощта на библиотеки от синтетична ДНК. Нац. протокол. 9, 2301–2316 (2014).

Caliando, B.J. & Voigt, C.A. Целенасочено разграждане на ДНК с помощта на CRISPR устройство, стабилно пренесено в генома на гостоприемника. Нац. комун. 6, 6989 (2015).

Dormitzer, P.R. et al. Синтетично генериране на вируси срещу грипна ваксина за бърз отговор на пандемии. Sci. Превод Мед. 5, 185ra68 (2013).

Borrero, J., Chen, Y., Dunny, G. M. & amp Kaznessis, Y. N. Модифицираните млечнокисели бактерии откриват и инхибират мултирезистентни ентерококи. ACS Synth. Biol. 4, 299–306 (2015).

Rajendra, Y. et al. Повишено използване на плазмидна ДНК в преходно трансфектирани CHO-DG44 клетки в присъствието на полярни разтворители. Биотехнология. Прог. 31, 1571–1578 (2015).

Weber, W. et al. Магнитно насочвана трансдукция на клетки от бозайници и мишки с помощта на конструирани магнитни лентивирусни частици. J. Biotechnol. 141, 118–122 (2009).

Guzmán-Herrador, D.L. et al. Доставяне на ДНК и геномна интеграция в целеви клетки на бозайници чрез системи за секреция от тип IV A и B на човешки патогени. Отпред. Microbiol. 8, 1503 (2017).

Duportet, X. et al. Платформа за бързо прототипиране на синтетични генни мрежи в клетки на бозайници. Нуклеинови киселини Res. 42, 13440–13451 (2014).

Ronda, C. et al. CrEdit: CRISPR медиирана мулти-локусна генна интеграция в Saccharomyces cerevisiae. Microb. Факт за клетката. 14, 97 (2015).

Mates, L. et al. Молекулната еволюция на нова хиперактивна транспозаза на Спящата красавица позволява здрав стабилен генен трансфер при гръбначни животни. Нац. Genet. 41, 753–761 (2009).

Hirsch, M.L., Wolf, S.J. & Samulski, R.J. Доставяне на трансгенна ДНК, надвишаваща капацитета за носене на AAV вектори. Методи Mol. Biol. 1382, 21–39 (2016).

Ausländer, D. et al. Дизайнерски клетъчно-базиран хистамин-специфичен профил за човешки алергии. Нац. комун. 5, 4408 (2014).

Riglar, D.T. et al. Създадените бактерии могат да функционират в червата на бозайници дългосрочно като жива диагностика на възпаление. Нац. Биотехнология. 35, 653–658 (2017).

Courbet, A., Endy, D., Renard, E., Molina, F. & Bonnet, J. Откриване на патологични биомаркери в човешки клинични проби чрез усилване на генетични превключватели и логически порти. Sci. Превод Мед. 7, 289ra83 (2015).

Sedlmayer, F. & amp Fussenegger, M. Синтетична биология: пробиотична проба за възпаление. Нац. Biomed. инж. 1, 0097 (2017).

Pardee, K. et al. Бързо и евтино откриване на вируса Zika с помощта на програмируеми биомолекулни компоненти. клетка 165, 1255–1266 (2016).

Gootenberg, J.S. et al. Откриване на нуклеинова киселина с CRISPR-Cas13a/C2c2. наука 356, 438–442 (2017).

Mimee, M., Tucker, A.C., Voigt, C.A. & Lu, T.K. Програмиране на човешка комменсална бактерия, Bacteroides thetaiotaomicron, да усеща и реагира на стимули в микробиота на мишите черва. клетъчна система 1, 62–71 (2016).

Duan, F. F., Liu, J. H. & amp March, J. C. Създадени коменсални бактерии препрограмират чревните клетки в глюкозо-реагиращи инсулин-секретиращи клетки за лечение на диабет. Диабет 64, 1794–1803 (2015).

Slomovic, S., Pardee, K. & Collins, J. J. Устройства за синтетична биология за in vitro и in vivo диагностика. Proc. Натл акад. Sci. САЩ 112, 14429–14435 (2015).

Kotula, J. W. et al. Програмируемите бактерии откриват и записват сигнал от околната среда в червата на бозайниците. Proc. Натл акад. Sci. САЩ 111, 4838–4843 (2014).

Perli, S.D., Cui, C.H. & Lu, T.K. Непрекъснат генетичен запис със самонасочващ се CRISPR-Cas в човешки клетки. наука 353, aag0511 (2016).

Холовко, М. Б., Уанг, Х., Джаяраман, П. и Пох, К. Л. Биосензиране Вибрион холера с генно инженерство Ешерихия коли. ACS Synth. Biol. 5, 1275–1283 (2016).

Jayaraman, P., Holowko, M. B., Yeoh, J. W., Lim, S. & Poh, C. L. Повторно предназначение на двукомпонентен системен биосензор за убиване на Вибрион холера. ACS Synth. Biol. 6, 1403–1415 (2017).

Pinero-Lambea, C., Ruano-Gallego, D. & amp Fernandez, L. A. Проектирани бактерии като терапевтични агенти. Curr. Opin. Биотехнология. 35, 94–102 (2015).

Ву, Х.C. et al. Автономна бактериална локализация и генна експресия въз основа на плътността на близките клетъчни рецептори. Mol. Syst. Biol. 9, 636 (2013).

Максмен, А. Жива терапия: учените генетично модифицират бактериите, за да доставят лекарства. Нац. Мед. 23, 5–7 (2017).

Limaye, S.A. et al. Фаза 1b, многоцентрово, единично сляпо, плацебо-контролирано, последователно ескалиране на дозата за оценка на безопасността и поносимостта на локално приложен AG013 при субекти с локално напреднал рак на главата и шията, получаващи индукционна химиотерапия. Рак 119, 4268–4276 (2013).

Xie, Z., Wroblewska, L., Prochazka, L., Weiss, R. & Benenson, Y. Много-входна RNAi-базирана логическа схема за идентифициране на специфични ракови клетки. наука 333, 1307–1311 (2011).

Nissim, L. & Bar-Ziv, R. H. Регулируем интегратор с двоен промотор за насочване към ракови клетки. Mol. Syst. Biol. 6, 444 (2010).

Ehrhardt, K., Guinn, M.T., Quarton, T., Zhang, M. Q. & Bleris, L. Реконфигурируем хибриден интерфейс за диагностика на молекулярни маркери и докладване на място. Biosens. Биоелектрон. 74, 744–750 (2015).

Nissim, L., Perli, S.D., Fridkin, A., Perez-Pinera, P. & Lu, T.K. Мултиплексирана и програмируема регулация на генни мрежи с интегриран RNA и CRISPR/Cas инструментариум в човешки клетки. Mol. клетка 54, 698–710 (2014).

Rössger, K., Charpin-El Hamri, G. & amp Fussenegger, M. Контрол на хипертонията, базиран на награди, чрез синтетичен интерфейс мозък-допамин. Proc. Натл акад. Sci. САЩ 110, 18150–18155 (2013).

Gröger, A., Kolb, R., Schäfer, R. & Klose, U. Намаляване на допамина в substantia nigra на пациенти с болест на Паркинсон, потвърдено от in vivo магнитно-резонансно спектроскопско изображение. PLOS ONE 9, e84081 (2014).

Folcher, M. et al. Умно-контролирана трансгенна експресия от безжично захранван оптогенетичен дизайнерски клетъчен имплант. Нац. комун. 5, 5392 (2014).

Rössger, K., Charpin-El-Hamri, G. & Fussenegger, M. Експресия на трансген, контролирана с жлъчна киселина в клетки на бозайници и мишки. Metab. инж. 21, 81–90 (2014).

Morsut, L. et al. Проектиране на персонализирани клетъчни усещания и поведение на реакция с помощта на синтетични рецептори за прорез. клетка 164, 780–791 (2016).

Kawasaki, S., Fujita, Y., Nagaike, T., Tomita, K. & Saito, H. Синтетични иРНК устройства, които откриват ендогенни протеини и разграничават клетките на бозайници. Нуклеинови киселини Res. 45, e117 (2017).

Kim, T., Folcher, M., Charpin-El Hamri, G. & amp Fussenegger, M. Синтетичен cGMP-чувствителен генен превключвател, осигуряващ Viagra(®)-контролирана генна експресия в клетки на бозайници и мишки. Metab. инж. 29, 169–179 (2015).

Weber, W. et al. Условна човешка VEGF-медиирана васкуларизация в пилешки ембриони, използваща нова система за индуцирана от температура генна регулация (TIGR). Нуклеинови киселини Res. 31, e69 (2003).

Agustín-Pavón, C. & Isalan, M. Синтетична биология и терапевтични стратегии за дегенериращия мозък: подходите на синтетичната биология могат да трансформират класическите клетъчни и генни терапии, за да осигурят нови лекарства за невродегенеративни заболявания. Биоесета 36, 979–990 (2014).

Maddalena, A., Tereshchenko, J., Bähr, M. & amp Kügler, S. Адено-свързана вирус-медиирана, мифепристон-регулирана трансгенна експресия в мозъка. Mol. Тер. Нуклеинова киселина 2, e106 (2013).

Ausländer, S. et al. Обща стратегия за проектиране за реагиращи на протеин рибоспревключватели в клетки на бозайници. Нац. Методи 11, 1154–1160 (2014).

Slomovic, S. & Collins, J. J. ДНК сензорни и реагиращи протеинови модули за клетки на бозайници. Нац. Методи 12, 1085–1090 (2015).

Schwarz, K.A., Daringer, N.M., Dolberg, T.B. & Leonard, J.N. Пренасочване на човешки клетъчни вход-изход с помощта на модулни извънклетъчни сензори. Нац. Chem. Biol. 13, 202–209 (2017).

Piñero-Lambea, C. et al. Програмиране на контролирана адхезия на Е. coli за насочване към повърхности, клетки и тумори със синтетични адхезини. ACS Synth. Biol. 4, 463–473 (2015).

Roybal, K.T. et al. Прецизно туморно разпознаване от Т клетки с комбинаторни антиген-чувствителни вериги. клетка 164, 770–779 (2016).

Kloss, C. C., Condomines, M., Cartellieri, M., Bachmann, M. & amp Sadelain, M. Комбинаторното антигенно разпознаване с балансирана сигнализация насърчава селективното унищожаване на тумора от конструирани Т-клетки. Нац. Биотехнология. 31, 71–75 (2013).

Kojima, R., Scheller, L. & Fussenegger, M. Неимунни клетки, оборудвани с Т-клетъчен рецептор-подобен сигнал за аблация на ракови клетки. Нац. Chem. Biol. 14, 42–49 (2018).

Yin, C. et al. In vivo ексцизия на HIV-1 провирус от saCas9 и мултиплексни еднопосочни РНК в животински модели. Mol. Тер. 25, 1168–1186 (2017).

Balazs, A.B. et al. Векторната имунопрофилактика предпазва хуманизираните мишки от предаване на ХИВ през лигавицата. Нац. Мед. 20, 296–300 (2014).

Kong, W., Brovold, M., Koeneman, B.A., Clark-Curtiss, J. & Curtiss, R. Turning self-destructing салмонела в универсална платформа за доставка на ДНК ваксина. Proc. Натл акад. Sci. САЩ 109, 19414–19419 (2012).

Andries, O., Kitada, T., Bodner, K., Sanders, N. N. & Weiss, R. Синтетични биологични устройства и вериги за базирани на РНК „интелигентни ваксини“: пропозиционен преглед. Експерт преп. Ваксина. 14, 313–331 (2015).

Brazzoli, M. et al. Индуциране на широк имунитет и защитна ефикасност чрез самоусилващи се иРНК ваксини, кодиращи хемаглутинин на грипния вирус. J. Virol. 90, 332–344 (2015).

Кришнамурти, М., Мур, Р. Т., Раджамани, С. и Панчал, Р. Г. Инженерство на бактериалния геном и синтетична биология: борба с патогени. BMC Microbiol. 16, 258 (2016).

Bikard, D. et al. Използване на CRISPR-Cas нуклеази за производство на специфични за последователността антимикробни средства. Нац. Биотехнология. 32, 1146–1150 (2014).

Citorik, R. J., Mimee, M. & Lu, T.K. Специфични за последователността антимикробни средства, използващи ефективно доставени РНК-управлявани нуклеази. Нац. Биотехнология. 32, 1141–1145 (2014).

Krom, R. J., Bhargava, P., Lobritz, M. A. & amp Collins, J. J. Проектирани фагемиди за нелитични, насочени антибактериални терапии. Нано Лет. 15, 4808–4813 (2015).

Yosef, I., Manor, M., Kiro, R. & Qimron, U. Умерени и литични бактериофаги, програмирани да сенсибилизират и убиват устойчиви на антибиотици бактерии. Proc. Натл акад. Sci. САЩ 112, 7267–7272 (2015).

Nielsen, A. A. & amp Voigt, C. A. Multi-input CRISPR/Cas генетични вериги, които се свързват с хост регулаторни мрежи. Mol. Syst. Biol. 10, 763 (2014).

Ando, ​​H., Lemire, S., Pires, D. P. & Lu, T. K. Инженеринг на модулни вирусни скелета за целево редактиране на бактериална популация. клетъчна система 1, 187–196 (2015).

Hwang, I. Y. et al. Препрограмиране на микробите да бъдат убийци, търсещи патогени. ACS Synth. Biol. 3, 228–237 (2014).

Hwang, I. Y. et al. Създаден пробиотик Ешерихия коли може да премахне и предотврати Pseudomonas aeruginosa чревна инфекция при животински модели. Нац. комун. 8, 15028 (2017).

Гупта, С., Брам, Е. Е. и Вайс, Р. Генетично програмируем патоген усеща и унищожава. ACS Synth. Biol. 2, 715–723 (2013).

Chan, C. T., Lee, J. W., Cameron, D. E., Bashor, C. J. & amp Collins, J. J. „Deadman“ и „Passcode“ превключватели за унищожаване на микроби за ограничаване на бактериите. Нац. Chem. Biol. 12, 82–86 (2016).

Sedlmayer, F., Hell, D., Müller, M., Ausländer, D. & amp Fussenegger, M. Дизайнерски клетки, програмиращи интерференция с микробите, които усещат кворума. Нац. комун. 9, 1822 (2018).

Smole, A., Lainšček, D., Bezeljak, U., Horvat, S. & amp Jerala, R. Синтетична терапевтична генна верига при бозайници за откриване и потискане на възпаление. Mol. Тер. 25, 102–119 (2017).

Qudrat, A., Mosabbir, A. A. & Truong, K. Проектираните протеини програмират клетките на бозайниците за насочване към местата на възпалително заболяване. Cell Chem. Biol. 24, 703–711.e2 (2017).

Park, J.S. et al. Синтетичен контрол на подвижността на клетките на бозайници чрез инженерен хемотаксис към ортогонален биоинертен химичен сигнал. Proc. Натл акад. Sci. САЩ 111, 5896–5901 (2014).

Mimee, M., Citorik, R. J. & Lu, T.K. Терапевтика на микробиомите - напредък и предизвикателства. адв. Drug Deliv. Rev. 105, 44–54 (2016).

Chen, Z. et al. Включването на терапевтично модифицирани бактерии в чревната микробиота инхибира затлъстяването. J. Clin. Инвестирам. 124, 3391–3406 (2014).

Томпсън, J.A., Oliveira, R.A., Djukovic, A., Ubeda, C. & Xavier, K.B. Манипулирането на сигнала за кворум AI-2 засяга третираната с антибиотици чревна микробиота. клетъчен представител 10, 1861–1871 (2015).

Duan, F. & March, J. C. Разработената бактериална комуникация предотвратява Вибрион холера вирулентност в модел на бебешка мишка. Proc. Натл акад. Sci. САЩ 107, 11260–11264 (2010).

Luo, X. et al. Дистална модулация на сигнализирането на бактериална клетка-клетка в синтетична екосистема с помощта на разделена микрофлуидика. Лабораторен чип 15, 1842–1851 (2015).

Buffie, C.G. et al. Прецизното възстановяване на микробиома възстановява медиираната от жлъчна киселина резистентност към Clostridium difficile. природата 517, 205–208 (2015).

Thaiss, C.A. et al. Постоянните промени в микробиома модулират скоростта на възстановяване на теглото след диета. природата 540, 544–551 (2016).

Sheth, R. U., Cabral, V., Chen, S. P. & amp Wang, H. H. Манипулиране на бактериални общности чрез in situ микробиомно инженерство. Тенденции Genet. 32, 189–200 (2016).

Xie, M. et al. Дизайнерските клетки с миметични бета-клетки осигуряват гликемичен контрол в затворен цикъл. наука 354, 1296–1301 (2016).

Saxena, P. et al. Програмируема синтетична мрежа за контрол на линията, която диференцира човешки IPSCs в глюкоза-чувствителни инсулин-секретиращи бета-подобни клетки. Нац. комун. 7, 11247 (2016).

Ye, H. et al. Самонастройваща се синтетична генна верига за коригиране на инсулинова резистентност. Нац. Biomed. инж. 1, 0005 (2017).

Müller, K. et al. Би-стабилен превключвател, реагиращ на червена/далечна червена светлина, за да контролира генната експресия в клетките на бозайници. Нуклеинови киселини Res. 41, e77 (2013).

Bacchus, W. et al. Синтетична двупосочна комуникация между клетките на бозайниците. Нац. Биотехнология. 30, 991–996 (2012).

Miki, K. et al. Ефективно откриване и пречистване на клетъчни популации с помощта на синтетични микроРНК превключватели. Клетъчна стволова клетка 16, 699–711 (2015).

Kim, T., Folcher, M., Doaud-El Baba, M. & amp Fussenegger, M. Синтетичен еректилен оптогенетичен стимулатор, позволяващ индуцирана от синя светлина ерекция на пениса. Angew. Chem. Int. Изд. 54, 5933–5938 (2015).

Ryu, M. H., Moskvin, O. V., Siltberg-Liberles, J. & amp Gomelsky, M. Естествени и проектирани фотоактивирани нуклеотидил циклази за оптогенетични приложения. J. Biol. Chem. 285, 41501–41508 (2010).

Rubens, J. R., Selvaggio, G. & Lu, T.K. Изчисление на синтетичен смесен сигнал в живи клетки. Нац. комун. 7, 11658 (2016).

Ausländer, S., Ausländer, D., Müller, M., Wieland, M. & amp Fussenegger, M. Програмируеми едноклетъчни биокомпютри за бозайници. природата 487, 123–127 (2012).

Даниел, Р., Рубенс, Дж. Р., Сарпешкар, Р. и Лу, Т. К. Синтетично аналогово изчисление в живи клетки. природата 497, 619–623 (2013).

Prochazka, L., Angelici, B., Haefliger, B. & Benenson, Y. Силно модулни генни вериги за папийонка с програмируемо динамично поведение. Нац. комун. 5, 4729 (2014).

Wroblewska, L. et al. Синтетични вериги на бозайници с РНК свързващи протеини за доставка само на РНК. Нац. Биотехнология. 33, 839–841 (2015).

Dastor, M. et al. Работен процес за in vivo оценка на кандидат входове и изходи за генни вериги на клетъчния класификатор. ACS Synth. Biol. 7, 474–489 (2018).

Liu, Y. et al. Синтезиране на генетични вериги на портата И на базата на CRISPR-Cas9 за идентифициране на ракови клетки на пикочния мехур. Нац. комун. 5, 5393 (2014).

Morel, M., Shtrahman, R., Rotter, V., Nissim, L. & Bar-Ziv, R.H. Клетъчната хетерогенност медиира присъщия компромис между чувствителност и специфичност при насочване на рак чрез синтетични вериги. Proc. Натл акад. Sci. САЩ 113, 8133–8138 (2016).

Nissim, L. et al. Синтетични РНК-базирани имуномодулиращи генни вериги за имунотерапия на рак. клетка 171, 1138–1150.e15 (2017).

Baeumler, T.A., Ahmed, A.A. & Fulga, T.A. Инженеринг на синтетични сигнални пътища с програмируеми dCas9-базирани химерни рецептори. клетъчен представител 20, 2639–2653 (2017).

Konermann, S. et al. Активиране на транскрипция в геномен мащаб от конструиран комплекс CRISPR-Cas9. природата 517, 583–588 (2015).

Ausländer, D. et al. Програмируеми изчисления с пълен суматор при комуникация на триизмерни клетъчни култури. Нац. Методи 15, 57–60 (2018).

You, M., Zhu, G., Chen, T., Donovan, M. J. & amp Tan, W. Програмируема и многопараметрична ДНК-базирана логическа платформа за разпознаване на рак и насочена терапия. J. Am. Chem. Soc. 137, 667–674 (2015).

Green, A.A. et al. Сложно изчисление на клетъчна логика с помощта на рибокомпютърни устройства. природата 548, 117–121 (2017).

Шукур, Л. и Фюсенегер, М. Инженеринг на синтетични генни вериги за (ре-)балансиране на физиологичните процеси при хронични заболявания. Wiley Interdiscip. Rev. Syst. Biol. Мед. 8, 402–422 (2016).

Hoerner, M. & amp Weber, W. Молекулни превключватели в животински клетки. FEBS Lett. 586, 2084–2096 (2012).

Weber, W. & amp Fussenegger, M. Възникващи биомедицински приложения на синтетичната биология. Нац. Преподобният Жене. 13, 21–35 (2012).

Xie, M., Haellman, V. & amp Fussenegger, M. Синтетична биология-приложно ориентирано клетъчно инженерство. Curr. Opin. Биотехнология. 40, 139–148 (2016).

Chassin, H. et al. Усещане и реагиране на цитокини на алергична реакция чрез генетично кодирана верига. Нац. комун. 8, 1101 (2017).

Състезание за въвеждане на CRISPR в клиниката. EBioMedicine 19, 1 (2017).

Steidler, L. et al. Биологично ограничаване на генетично модифицирани Lactococcus lactis за чревна доставка на човешки интерлевкин 10. Нац. Биотехнология. 21, 785–789 (2003).

Ausländer, S., Wieland, M. & amp Fussenegger, M. Интелигентно лекарство чрез комбинация от синтетична биология и клетъчна микрокапсулация. Metab. инж. 14, 252–260 (2012).

Quintero, D., Carrafa, J., Vincent, L. & amp Bermudes, D. EGFR-насочени химери на Pseudomonas ToxA, освободен в извънклетъчната среда чрез атенюиран салмонела селективно убива туморните клетки. Биотехнология. Bioeng. 113, 2698–2711 (2016).

Ittig, S.J. et al. Инструмент за доставяне на протеини, базиран на бактериален тип III, за широки приложения в клетъчната биология. J. Cell Biol. 211, 913–931 (2015).

Lu, T.K. & Collins, J.J. Диспергиране на биофилми с конструиран ензимен бактериофаг. Proc. Натл акад. Sci. САЩ 104, 11197–11202 (2007).

Камерън, D. E. & amp Collins, J. J. Регулируемо разграждане на протеин в бактерии. Нац. Биотехнология. 32, 1276–1281 (2014).

Jinek, M. et al. Програмируема ДНК ендонуклеаза с двойна РНК в адаптивен бактериален имунитет. наука 337, 816–821 (2012).

Прасад, В. Имунотерапия: tisagenlecleucel—първата одобрена CAR-T-клетъчна терапия: последици за платците и политиците. Нац. преп. Клин. Oncol. 15, 11–12 (2018).

Busskamp, ​​V. et al. Бърза неврогенеза чрез транскрипционно активиране в човешки стволови клетки. Mol. Syst. Biol. 10, 760 (2014).

Roybal, K.T. et al. Инженеринг на Т-клетки с персонализирани програми за терапевтичен отговор, използвайки синтетични рецептори за прорез. клетка 167, 419–432.e16 (2016).

Klingemann, H., Boissel, L. & Toneguzzo, F. Естествени клетки убийци за имунотерапия-предимства на клетъчната линия NK-92 пред кръвните NK клетки. Отпред. Immunol. 7, 91 (2016).

Guye, P. et al. Генетично инженерно самоорганизиране на човешки плурипотентни стволови клетки в тъкан, подобна на чернодробна пъпка, използвайки Gata6. Нац. комун. 7, 10243 (2016).

Rezania, A. et al. Обръщане на диабет с клетки, произвеждащи инсулин, получени in vitro от човешки плурипотентни стволови клетки. Нац. Биотехнология. 32, 1121–1133 (2014).


Резултати и дискусия

Антимикробната активност (стойности на MIC/MBC) на Fmoc-защитения пептид (Fmoc-Orn-Orn-Trp-Trp-NH2), депротектиран тетрапептид амид (H-Orn-Orn-Trp-Trp-NH2) и н-ацил-Орн-Орн-Trp-Trp-NH2 (° Сн-Орн-Орн-Trp-Trp-NH2, където н = 6, 8, 10, 12, 14 или 16) липопептиди срещу редица патогенни микроорганизми са описани подробно в Таблица 2. Всички пептиди и липопептиди показват отлична, широкоспектърна активност срещу обхвата от изследвани организми. Антимикробната активност е ясно повлияна от естеството на N-терминалния заместител, тъй като Fmoc-защитеният пептид показва значително по-висока антимикробна активност в сравнение с депротектирания тетрапептид амид. Стойностите на MIC, определени за тетрапептидния амид срещу грам-положителни и грам-отрицателни организми, са в съответствие с първоначално определените от Bisht et al. (12) и сравними с ацилирани SC4 пептидни производни, описани от Lockwood et al. (26). За всеки от липопептидите, синтезирани в това проучване, антимикробната активност зависи от броя на въглеродните атоми в н-ацилен заместител (Фигура 1), с тетрапептиди, носещи N-терминал C12 (додецил) ацил заместители, проявяващи оптимална антимикробна сила срещу всички тествани организми. Липопептидът C14-Орн-Орн-Trp-Trp-NH2 показва подобна антимикробна сила срещу грам-положителни организми в сравнение с C12-модифициран пептид, както е показано на Фигура 2А. Въпреки това, както за грам отрицателни, така и за гъбички, н-ацилни заместители с 14 и 16 въглеродни атома водят до намалена антимикробна активност, както е показано на Фигура 2В.

Fmoc NH2 ° С6 ° С8 ° С10 ° С12 ° С14 ° С16
S. epidermidis (MRSE) ATCC 35984 MIC 15.63 125 125 31.25 7.81 1.95 1.95 7.81
MBC 15.63 250 250 31.25 7.81 1.95 1.95 15.63
S. aureus ATCC 29213 MIC 3.91 125 62.5 15.63 3.91 0.95 1.95 7.81
MBC 7.81 250 62.5 31.25 7.81 1.95 1.95 15.63
S. aureus ATCC 43300 (MRSA) MIC 7.81 250 125 31.25 7.81 1.95 1.95 3.91
MBC 7.81 250 500 31.25 15.63 3.91 3.91 31.25
P. aeruginosa PA01 MIC 125 250 125 31.25 7.81 1.95 31.25 31.25
MBC 250 500 250 125 15.63 15.63 31.25 62.5
Е. coli NCTC 8196 MIC 62.5 500 125 62.5 15.63 7.81 31.25 62.5
MBC 62.5 500 250 125 15.63 15.63 31.25 125
C. tropicalis NCTC 7393 MIC 15.6 125 62.5 15.63 7.81 1.95 3.91 15.63
MFC 31.25 250 62.5 15.63 7.81 3.91 3.91 15.63

Структура на най-мощния антимикробен липопептид, синтезиран в това проучване, C12-Орн-Орн-Trp-Trp-NH2.

(A) Минимални инхибиторни концентрации за липопептиди N-терминално модифицирани пептиди/липопептиди CнOOWW-NH2 (къде н = 6, 8, 10, 12, 14, 16) срещу грам-положителни организми. (B) Минимални инхибиторни концентрации за N-терминално модифицирани пептиди/липопептиди, CнOOWW-NH2 (където н = 6, 8, 10, 12, 14, 16), срещу грам-отрицателни организми и представителни гъби, C. tropicalis.

Тази обща тенденция е в съответствие с по-ранните проучвания за активността на наситените мастни киселини, където е установено, че лауриновата киселина (додеканова киселина) притежава най-висока антимикробна активност както срещу чувствителни към метицилин, така и срещу метицилин-резистентни S. aureus ( 16 ), а също и за редица антимикробни средства н-алкилхинолиниев бромид йонни течности (27), където се наблюдава оптимална активност с C12 заместител и активността намаляват в съединения с по-високи хомолози. Следователно (в допълнение към хидрофобността и заряда на тетрапептидния амид), хидрофобността на н-ацил заместител е ключов детерминант на антимикробната активност за липопептидите, описани тук. N-терминалната модификация на тетрапептидния амид повишава антимикробната сила както на тетрапептидния амид (12), така и на мастната киселина (16), в съответствие с предишни наблюдения (14, 17). Действително, антимикробната активност на лауриновата киселина (16) е повишена с 200- и 400 пъти спрямо S. aureus и MRSA, съответно, когато се конюгират с тетрапептидния амид.

Антибиофилмната активност или определената MBEC на всеки пептид/липопептид е показана в Таблица 3. За сравнение, стойностите на MIC са показани заедно със стойностите на MBEC в Таблица 3. MBEC е минималната концентрация на антимикробен агент, необходима за унищожаване на микробен биофилм (28) и се определя за всеки антимикробен пептид/липопептид.Интересно е, че биофилмите на грам-положителни организми са податливи на ерадикация чрез относително ниски концентрации на липопептиди (в сравнение със съответните стойности на MIC), като активността на антибиофилма се увеличава с дължината на ацилния заместител до н = C12/° С14/° С16, които по същество са еквивалентни в активността по унищожаване на биофилми. Въпреки това, биофилмите на P. aeruginosa не проявява чувствителност към нито един от изследваните пептиди/липопептиди до концентрация от 1000 μg/mL. Е. coli биофилмите са унищожени само от C12-Орн-Орн-Trp-Trp-NH2 при концентрация от 500 μg/mL (32-кратно увеличение на MBEC в сравнение с S. epidermidis и осемкратно увеличение в сравнение с MRSA). C. tropicalis биофилмите бяха унищожени и от C10- и C12-Орн-Орн-Trp-Trp-NH2 при концентрации от 250 μg/mL. Липсата на чувствителност на грам-отрицателните бактериални биофилми към антимикробни липопептиди може да се дължи на свързването на положително заредената пептидна част с отрицателно заредената полимерна матрица на биофилма, което може да забави проникването на тези антимикробни агенти в биофилма, тъй като подобни ефекти са били преди това описани с положително заредени аминогликозиди и Pseudomonas биофилми (29-32) и антисептичният хлорхексидин и орални биофилми (33). Освен това, ние получихме подобни резултати с докладвани по-рано липопептиди C16-КККК, С16-КААК и С16-KGGК ( 19 ), със стойности на MBEC срещу Pseudomonas aeruginosa PA01 във всеки случай >1000 μg/mL (данните не са показани).

Fmoc NH2 ° С6 ° С8 ° С10 ° С12 ° С14 ° С16
S. epidermidis (MRSE) ATCC 35984 MIC 15.63 125 125 31.25 7.81 1.95 1.95 7.81
MBEC 63.5 500 >1000 >1000 250 15.63 15.63 15.63
S. aureus ATCC 29213 MIC 3.91 125 62.5 15.63 3.91 0.95 1.95 7.81
MBEC 500 500 >1000 >1000 500 62.5 31.25 62.5
S. aureus ATCC 43300 (MRSA) MIC 7.81 250 125 31.25 7.81 1.95 1.95 3.91
MBEC 250 500 1000 1000 1000 62.5 62.5 62.5
P. aeruginosa PA01 MIC 125 250 125 31.25 7.81 1.95 31.25 31.25
MBEC >1000 >1000 >1000 >1000 >1000 >1000 >1000 >1000
Е. coli NCTC 8196 MIC 62.5 500 125 62.5 15.63 7.81 31.25 62.5
MBEC >1000 >1000 >1000 >1000 >1000 500 >1000 >1000
C. tropicalis NCTC 7393 MIC 15.6 125 62.5 15.63 7.81 1.95 3.91 15.63
MBEC >1000 >1000 >1000 >1000 250 250 >1000 >1000

За да се оцени потенциалът на тези липопептиди да причиняват клетъчна токсичност, способността на редица липопептиди (и тетрапептидния амид) да причиняват лизис на конски еритроцити беше изследвана чрез колориметричен анализ за хемолиза, резултатите от който са показани на Фигура 3. Нито тетрапептид амид, нито липопептид, C6-Орн-Орн-Trp-Trp-NH2 показва значителна хемолиза дори при най-високата тествана концентрация (200 μg/mL), докато третирането на еритроцити с C12-Орн-Орн-Trp-Trp-NH2 води до значителен лизис при концентрации по-големи от 50 μg/mL (>98.7% ± 0.9%). Въпреки това, при 10 μg/mL, C12-Орн-Орн-Trp-Trp-NH2 показва ниска хемолитична активност (9,8% ± 1,8%), което показва, че този липопептид може безопасно да се използва при стойностите на MIC за всички организми, тествани в това проучване. В съответствие със своя профил на микробиологична токсичност, липопептид C16-Орн-Орн-Trp-Trp-NH2 показва значително по-ниска хемолитична активност в сравнение с додециловото производно. Тези данни показват, че конюгирането на липидни части с пептидни мотиви има ефект на повишаване на биологичната токсичност като цяло и въпреки очевидно увеличаване на спектъра на активност на оригиналния антимикробен пептид, може да ограничи тяхната полезност, когато се използва при, например, концентрации за ликвидиране на биофилма. Подобни данни са получени с тетрапептидния амид и C12-Орн-Орн-Trp-Trp-NH2 в анализи за жизнеспособност на човешки кератиноцитни клетки (MTT), както е показано на Фигура 4. Още веднъж, липопептидът C12-Орн-Орн-Trp-Trp-NH2 показват значителна цитотоксичност при концентрации по-високи от 62,5 μg/mL (MIC диапазон 0,95–7,81 μg/mL), докато човешките кератиноцитни клетки запазват 71,6% ± 7,8% жизнеспособност, когато се третират с тетрапептид амид при максимална концентрация от 1000 μg/mL0. Като се вземат заедно данните за хемолизата и клетъчната жизнеспособност, вероятният начин на действие на тези липопептиди е чрез директно разрушаване на мембраната, както в прокариотните, така и в еукариотните клетки.

Хемолитична активност на тетрапептидния амид и липопептидите CнOOWW-NH2 (където н = 6, 12 и 16) срещу конски еритроцити. Всяка стойност се изразява като средна стойност от шест повторения.



Коментари:

  1. Maolmuire

    I fully share her point of view. Good idea, I agree with you.

  2. Akinodal

    Интересните публикации определено са вашият стил!



Напишете съобщение