Lucifensin, klíčová molekula larvální terapie

Larvální terapie je léčebná metoda založená na čištění a léčení infikovaných nehojících se ran (obr. 2) larvami mouchy bzučivky zelené Lucilia sericata (Vesmír 80, 190, 2001/4). Krom toho, že larvy odstraní nekrotickou tkáň, dokáží v ráně zničit patogenní bakterie rezistentní na tradiční antibiotika a ránu dezinfikovat. Je to alternativní léčebná metoda v případech, kdy chirurgie či jiné léčby již nemohou pacientovi pomoci od vážné komplikace. A především je to terapie, která v mnoha případech zachraňuje diabetické pacienty před amputací dolní končetiny.

Larvy některých much používali lidé k hojení ran již odnepaměti – ať to byli staří Mayové nebo divoši na Novém Zélandu a v Austrálii či váleční chirurgové ve středověku. Zřejmě první, kdo pochopil léčivý účinek larev u vojáků zraněných v bitvě, byl Napoleonův válečný chirurg baron Dominique-Jean Larrey. Později je cílené nasazení larev do infikovaných ran vojáků zaznamenáno v době občanské války ve Spojených státech.

Za otce moderní larvální terapie je ale bezpochyby považován Wiliam S. Baer, lékař a profesor na Univerzitě Johnse Hopkinse v Baltimore. Ten získal svou první zkušenost s hojivým účinkem larev jako vojenský chirurg během první světové války ve Francii. Po návratu do vlasti praktikoval larvální terapii v nemocnici i ve své ordinaci v Baltimore, a to převážně k léčbě osteomyelitidy (zánět okostice). Po smrti Wiliama Baera v roce 1931 se larvální terapie v USA a Kanadě značně rozšířila, ale s příchodem sulfonamidů, antibiotik a moderních chirurgických technik koncem čtyřicátých let zájem o tuto léčebnou metodu pomalu ustával.

Od konce devadesátých let minulého století však zažívá moderní larvální terapie renesanci v souvislosti s nárůstem rezistence patogenních bakterií i vůči těm nejúčinnějším antibiotikům. Bylo to především zásluhou doktora Ronalda Shermana, který v devadesátých letech založil ve Veteran Administration Hospital Medical Centre v Kalifornii malé zařízení na produkci sterilních larev a larvální terapii (maggot therapy) rychle rozšířil do praxe. Od té doby se tato léčba téměř raketově rozšířila do celého světa. V České republice ji používá řada nemocnic, a to převážně k léčbě syndromu diabetické nohy. Sterilní larvičky produkuje pro potřeby našich lékařů soukromá česká firma.

Metoda larvální terapie však není ani nebyla předmětem zájmu pouze lékařů a pacientů. Krom nich to byli také mikrobiologové, biochemici a další badatelé, které zajímalo, jakým způsobem vlastně infikovanou a nehojící se ránu larvy léčí. To, že larvy dokáží mechanicky odstranit mrtvou tkáň za pomoci svých trávicích enzymů, si snadno dokážeme představit, ale pouhé vyžrání mrtvé tkáně není to jediné, co ránu vyhojí. K tomu larvy přispívají i dalšími mechanismy. Tak třeba pouhý pohyb larev v tkáni stimuluje obnaženou zdravou tkáň k tomu, aby se prokrvila a začala vyměšovat různé tělu vlastní léčebné prostředky a obnovila se. Infekci v ráně však musí larvy nějak potlačit, ránu vydezinfikovat a také v ní musí nějak přežít a ubránit se bakteriím. Proto si vědci již v třicátých letech minulého století uvědomili, že larvy musí vyměšovat různé působky, které ránu dezinfikují nebo příznivě působí na její zhojení, a proto zkoumali složení výměšku larev (směs exkrementů a sekretů slinných žláz). Tyto výměšky mají vzhledem k přítomnosti bazických látek (uhličitan amonný, močovina, allantoin) vysoké pH, což samo o sobě potlačuje bakterie, ale zároveň vytváří optimální pH prostředí pro činnost larválních trávicích enzymů. Jak allantoin, tak uhličitan amonný již samy o sobě mají prokazatelně hojivý a bakteriostatický účinek, podobně jako další sloučeniny nalezené ve výměšcích larev (např. fenylacetaldehyd, fenyloctová kyselina a kyselina p-hydroxybenzoová).

Od osmdesátých let minulého století je ve vědeckém světě zaznamenán značný nárůst publikací o nových antimikrobiálních peptidech, jež jsou součástí vrozené imunity všech živých organismů od mikrobů po člověka (viz Vesmír 90, 87, 2011/2). Pozornost se věnuje i antimikrobiálním peptidům imunitního systému hmyzu. Byly objeveny hmyzí defensiny, cecropiny, pyrrhocoriciny a mnohé další. Je s podivem, že teprve až v první dekádě tohoto století některé badatele napadlo, že by některý z těchto antimikrobiálních peptidů imunitního systému larvy mouchy Lucilia sericata mohl hrát důležitou úlohu v larvální terapii. Vědci začínají tušit, že pokud se nějaký antimikrobiální peptid ve výměšcích larev a v jejich tělních tekutinách nalézá, pak je potřeba hledat molekulu s větší molekulovou hmotností. Bude se jistě jednat o antimikrobiální peptid, který larvy ochrání před nepřátelskými bakteriemi, jako je třeba na běžná antibiotika rezistentní zlatý stafylokok (Staphylococcus aureus), a který tyto bakterie v ráně dokáže usmrtit.

To jsme si uvědomili i v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR, když jsme se v roce 2007 ve spolupráci s lékaři Institutu klinické a experimentální medicíny pustili do honby za tímto dlouho hledaným peptidem. S pomocí moderních separačních metod (ultrafiltrace, vysokoúčinná kapalinová chromatografie) a detekcí antimikrobiální aktivity se nám tento peptid v roce 2009 podařilo ze střev larev bzučivky izolovat. Za použití dalších sofistikovaných technik, jako jsou hmotová spektrometrie a Edmanovo odbourávání, se podařilo určit i jeho strukturu. Jde o hmyzí defensin složený ze 40 aminokyselin, které jsou propojeny v řetězec zamotaný do struktury, jež je zpevněna pomocí tří disulfidových můstků (obr. 1). Pokřtili jsme jej jménem lucifensin (Lucilia-defensin) a krátce nato jsme jeho přítomnost zjistili u larev i v hemolymfě (obdoba naší krve), ve slinných žlázách, tukovém tělese (obdoba našich jater), ale též v jejich výměšcích. To dokazuje, že larvy lucifensin do rány skutečně vyměšují a že přispívá k jejímu léčení. O tom také svědčí přítomnost lucifensinu zjištěná v ráně krátce po odstranění larev koncem terapie (obr. 2). Objevem lucifensinu jsme tak přispěli k objasnění biochemických principů larvální terapie.

Výzkum lucifensinu byl podpořen grantem 203/08/0536 od Grantové agentury České republiky a vědeckým projektem Z40550506 Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR.