Vývojová a srovnávací imunologie v Praze 28. 6. – 4. 7. 2009

Většina našich imunologických znalostí se omezuje na obratlovčí experimentální modely. Z celkového počtu dnes žijících živočišných druhů, který již přesáhl dva miliony, je však přibližně 95 % bezobratlých. Jako bezobratlé označujeme organismy od jednobuněčných prvoků po protochordata, tj. živočichy s již velmi komplexním tělním plánem. U bezobratlých nebyla nikdy prokázána imunitní odpověď založená na přítomnosti protilátek a lymfocytů. Jejich obranné mechanismy využívají spíše krátkodobě indukovatelné mechanismy přirozené imunity, jež jsou obvykle založeny na receptorech rozpoznávajících mikrobiální vzory, které však nediskriminují jednotlivé potenciální patogeny, ale pouze obecné molekulární vzory, jako jsou např. lipopolysacharidy, glukany nebo peptidoglykany. Tato strategie umožnila bezobratlým vývoj po stovky milionů let, a to často ve velmi patogenním prostředí. Studium poměrně jednoduchých a méně komplexních přirozených obranných mechanismů bezobratlých přispívá k porozumění složité imunity obratlovců a může mít i praktický dopad. Hospodářský i medicínský význam bezobratlých stále roste – řada přímořských oblastí je ekonomicky závislá na chovu korýšů a měkkýšů, bezobratlí jsou častými přenašeči mikrobiálních onemocnění a v neposlední řadě se stávají zdrojem biologicky aktivních látek.

Předmětem studia se bezobratlí stali již na konci 19. století, kdy si jejich obranyschopnosti povšiml Ilja Mečnikov (1845–1916). Podrobnější analýzy jejich imunitní odpovědi, a zejména popis molekulárních základů těchto reakcí se začaly objevovat až v posledních třiceti letech.

Receptory, které rozpoznávají mikrobiální vzory

Jak již bylo zmíněno, v řadě případů jsou přirozené obranné reakce založeny na receptorech rozpoznávajících mikrobiální vzory, které se vážou na obecné strukturální antigenní motivy mikroorganismů, ale nediskriminují jednotlivé potenciálními patogeny. Těmi receptory jsou často lektiny, sloužící jako aglutininy, opsoniny nebo regulační molekuly, které obvykle aktivují různé efektorové obranné mechanismy. Jedním z takových obranných mechanismů je profenoloxidázový aktivační systém. Tato aktivační kaskáda začíná rozpoznáním a vazbou receptoru na bakteriální lipopolysacharidy nebo peptidoglykany, popřípadě glukany hub. Po vazbě mikrobiálních polysacharidů jsou aktivovány serinové proteázy, které limitovanou proteolýzou štěpí inaktivní proenzym profenoloxidázu na aktivní fenoloxidázu. Fenoloxidáza pak katalyzuje o-hydroxylaci monofenolů a oxidaci difenolů na chinony, které neenzymaticky polymerizují na melanin. Ten a jeho prekurzory vykazují různé biologické aktivity, mají cytotoxické a antimikrobiální účinky, opsonizační aktivitu a v neposlední řadě se účastní enkapsulace, tedy izolace cizorodého objektu od vnitřního prostředí.

Za podrobnější zmínku stojí koagulační kaskáda ostrorepa (Limulus polyphemus). Hemolymfa ostrorepa obsahuje pouze jediný typ cirkulujících granulárních amébocytů. Po navázání gramnegativních bakterií na povrch amébocytů se rychle uvolní obsah sekrečních granulí exocytózou. Mezi uvolněnými molekulami je i faktor C, který se po vazbě lipopolysacharidu aktivuje limitovanou autoproteolýzou a spouští koagulační kaskádu, vedoucí ke vzniku „gelovitého“ koagulinu. Celá koagulační kaskáda je regulována nitrobuněčnými inhibitory, které brání nežádoucí difuzi koagulačních faktorů. Tato reakce se používá jako citlivá a spolehlivá rutinní metoda na stanovení přítomnosti lipopolysacharidu (Limulus Amoebocyte Lysate test, LAL), obávaného endotoxinu, který může být v nejtěžších případech odpovědný i za septický šok.

Antimikrobiální peptidy

Stále častěji se setkáváme se získanou rezistencí bakterií vůči antibiotické terapii. Vědci se proto snaží nalézt vhodné alterna tivy. Jednou

Antimikrobiální peptidy

Stále častěji se setkáváme se získanou rezistencí bakterií vůči antibiotické terapii. Vědci se proto snaží nalézt vhodné alternativy. Jednou z nich mohou být i antimikrobiální peptidy. Ty představují heterogenní skupinu faktorů, od malých peptidů (4–7 kDa) po proteiny o molekulové hmotnosti 20–50 kDa, které jsou produkovány rostlinami, bezobratlými a obratlovci. V posledních 30 letech bylo izolováno více než 1000 různých peptidů. Antimikrobiální peptidy účinkují v mikro- až nanomolárních koncentracích. Mechanismus jejich účinku je dán rozdílnou strukturou eukaryotické a prokaryotické membrány. Vnější vrstva bakteriální membrány je bohatá na negativně nabité fosfolipidy, zatímco vnější vrstva buněčné membrány rostlinných a živočišných buněk je neutrální. Z toho významného rozdílu vychází i obecně akceptovaný model Shai-Matsuzaki-Huanga, který předpokládá, že po interakci peptidu s bakteriální membránou dojde k pohybu lipidů, k změně membránové struktury a v určitých případech k přijetí peptidu. Je známo, že přítomnost cholesterolu v bakteriální membráně snižuje účinnost antimikrobiálních peptidů buď vzhledem ke stabilizaci membrány, nebo vzhledem k možné přímé interakci peptidů s cholesterolem. Podobné inhibiční účinky jako cholesterol má i zvýšení iontové síly. Pravděpodobnost, že bakterie získají rezistenci proti antimikrobiálním peptidům, je nízká. U některých druhů bakterií však byla zjištěna nízká koncentrace kyselých lipidů ve vnější vrstvě membrány, která snižuje možnost vazby peptidů, nebo byla pozorována zvýšená sekrece proteolytických enzymů degradujících antimikrobiální peptidy. Studií na genetické úrovni je obecně velmi málo, protože geny, jejichž odstranění by vedlo k snížení rezistence, obvykle hrají obecně úlohu ve virulenci. Z tohoto hlediska mohou být antimikrobiální peptidy velmi perspektivním terapeutickým nástrojem.

Molekulární mechanismus indukce antimikrobiálních peptidů je velmi dobře popsán u drozofily, kde je řízen dvěma nezávislými mechanismy. Obrana proti grampozitivním bakteriím a fungálním infekcím je zajišťována prostřednictvím receptoru Toll, aktivační dráha Imd poskytuje obranu proti gramnegativním bakteriím. Je však překvapivé, že grampozitivní a gramnegativní bakterie jsou diskriminovány na základě rozdílné struktury peptidoglykanu (typu Lys a typu DAP) a ne na základě přítomnosti či nepřítomnosti lipopolysacharidu. Velice zjednodušeně lze shrnout, že po vazbě fungálních nebo bakteriálních antigenů přes proteiny Hades, Persephone, Osiris, resp. Semmelweis se proteolyticky štěpí polypeptid Spätzle, který aktivuje Toll. To vede k degradaci proteinu Cactus a translokaci Rel proteinu DIF. Na rozdíl od „receptorů podobných Toll“ (Toll-like receptors, TLR) u obratlovců, neinteraguje protein Toll s mikrobiálními antigeny přímo, ale je ligandem (něčím, co se váže) pro produkty štěpení polypeptidu Spätzle. V případě gramnegativních infekcí nebyl receptor zatím zcela přesně identifikován, ale předpokládá se, že takový receptor aktivuje cestu Imd, zahrnující homology, které indukují fosforylaci faktoru Relish.

Toto jsou jen vybraná témata, která budou náplní jednotlivých sympozií 11. kongresu ISDCI. Vedle přednášek orientovaných ryze na základní výzkum se bude diskutovat o praktických otázkách, například o možnostech posílení imunitního systému u hospodářsky významných bezobratlých, o interakci mezi parazitem a přenašečem, o biotechnologickém využití biologicky aktivních látek nebo o ekoimunitě.