Péptido antimicrobiano

Los péptidos antimicrobianos (en inglés AMPs), también llamados péptidos de defensa del huésped, son proteínas de origen natural que tienen propiedades antibióticas. Son componentes que se han conservado de la respuesta inmune innata en los distintos procesos evolutivos. Estos péptidos han sido fabricados por la naturaleza para actuar como medio de defensa en contra de enfermedades producidas por diversos microorganismos, presentan actividad contra bacterias tanto gram positivas como gram negativas, hongos y virus. Existen una gran cantidad de péptidos antimicrobianos así como una gran variedad de fuentes, los podemos encontrar en plantas, insectos, virus y mamíferos.

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Expansión de las vacuolas y deformación de Candida albicans tras la adición del péptido antimicrobiano Histatina-5.

Descripción

Los organismos vivos son sistemas abiertos, por lo tanto, están expuestos a numerosas infecciones por distintos patógenos. Es por eso por lo que tienen la necesidad de defenderse de ellos. Esta defensa es gracias al sistema inmune, que puede ser adquirido o innato. Por un lado, están las barreras físicas, como por ejemplo las capas epiteliales de la piel, el tracto gastrointestinal, entre muchas otras. Al mismo tiempo, hay microorganismo que sí pueden ser tolerados, estos se encuentran en la parte externa, superior, de las capas epiteliales. Pero hay otras zonas, como las vías aéreas donde, a causa del intercambio de gases, podrían producirse complicaciones producidas por estos microorganismos. Es entonces cuando las células epiteliales de estas zonas sintetizan los péptidos antimicrobianos.

 

Mecanismos de selectividad de los pépticos antimicrobianos

Los péptidos antimicrobianos inhiben el crecimiento o la localización de bacterias, hongos… Se encuentran en los mecanismos de defensa de vertebrados, insectos y plantas, entre otros. Son producidos en distintos tejidos y su clasificación depende de su estructura secundaria: lineales, de hélix alfa. Como las cecropinas^[1]​ o las magaininas^[2]​.

Respecto a su estructura y composición, generalmente están constituidos entre 12 y 50 aminoácidos. Contienen puentes de disulfuro y fragmentos de otras proteínas más grandes con actividad antibacteriana. Sus características anfipáticas y de tamaño ayudan a la interacción con la bicapa lipídica. Sobre todo en la membrana citoplasmática de patógenos, donde forman poros.

Su rango de acción es muy amplio, desde actividades inmunomoduladoras, propiedades microbicidas hasta reparadores de daños, a partir de la cicatrización. Destaca también la variedad en que actúan, ya sea a partir de la interacción con el patógeno a través de la membrana, afectando los blancos internos, como puede ser la síntesis de proteínas o la replicación del DNA. O bien a partir de interactuar con el huésped, como son las distintas funciones inmunomoduladoras de la regulación del proceso inflamatorio y de cicatrización.

De sus características físicas y químicas destacan las relacionadas con la actividad microbicida mencionada anteriormente. Formar poros en la membrana del patógeno o inhibir el metabolismo bacteriano al integrarse en el citoplasma.

Su alteración en los tejidos provoca distintas patogénesis, así como enfermedades gastrointestinales, respiratorias… Hay que destacar que la resistencia de los péptidos antimicrobianos respecto los antibióticos convencionales es menor. Pero, aun así, hay distintos mecanismos de resistencia como son la degradación por proteasas, la liberación de proteínas inhibidoras o cambios en la conformación de la membrana externa del patógeno.

Clasificación

Los péptidos antimicrobianos se clasifican en función de sus características y estructura secundaria.^[3]​^[4]​

Tipo	Características	Ejemplos	Imagen
AMPs aniónicos	Pequeño tamaño (721.6 - 823.8 Da) Ricos en ácido glutámico y aspartámico Requieren Zn como cofactor para desarrollar su actividad antimicrobiana Activos contra bacterias Gram + y Gram -	Maximina (anfibios), dermicidina (humanos)	Dermicidina
Péptidos catiónicos lineales de α-hélice	Tamaño de unos 40 aminoácidos Estructura secundaria de α-hélice (que determina su actividad bactericida contra Gram + y Gram -) aun cuando se presentan indefinidos en disoluciones acuosas No presentan cisteína	LL-37 (humanos), Magainina, dermaseptina, bombinina, brevinina-1, esculentinas y buforina II (anfibios), pleurocidina (peces), CAP18 (conejos), Cecropin P1 (nemátodos)	Magainina
Péptidos catiónicos enriquecidos por aminoácidos específicos	Generalmente lineales Carecen de cisteína Son ricos en aa específicos según el péptido: prolina, arginina, fenilalanina, glicina, triptófano, histidina...	Abaecina, apidaecinas (abejas), drosocín (Drosophila), bactenicinas (ovejas), profenina, PR-39 (cerdos), holotripcina (escarabajos), histatina (humano).	Indolicidina
Péptidos aniónicos y catiónicos que contienen cisteína y forman puentes disulfuro	Tienen residuos de cisteína Forman puentes disulfuro Estructuras β-plegada estable	Péptidos con 1 puente disulfuro: brevinina Péptidos con 2 puentes disulfuro: protegrina (cerdo), taquiplesinas (cangrejo cacerola) Péptidos con 3 puentes disulfuro: α-defensinas como HBD1, DEFB118 (humano), HNP 1-4	Defensina
Péptidos aniónicos catiónicos, fragmentos de proteínas mayores	Fragmentos de proteínas mayores Su actividad en la inmunidad innata no está descrita	Lactoferricina (de la lactoferrina I), Casodicina (caseína humana), algunos dominios de lactoalbúmina bovina, ovoalbúmina y hemoglobina humana	Lactoferricina de la lactoferrina I

Los AMP también pueden ser clasificados en función del organismo que las sintetiza o bien por su método de síntesis: péptidos de síntesis ribosomal y péptidos de síntesis no ribosomal.

Funciones asociadas a otras moléculas

• Relacionadas con los ácidos nucleicos y las membranas: Hay péptidos antimicrobianos que pueden acumularse en el interior de la célula, uniéndose al ADN, ya que su función no se desarrolla sobre la membrana y por eso la traspasan. (ej: buforín). Otros, como por ejemplo el ARN polimerasa, pueden inhibir el crecimiento de las bacterias a través de sus interacciones con los ácidos nucleicos. También existen péptidos antimicrobianos que actúan modificando la permeabilidad de la membrana plasmática, alterando así la fluidez o el mecanismo de transporte.
• Proteínas: otros pueden modificar la síntesis de proteínas, interrumpiendo la incorporación de histidinas y alterando las enzimas que participan en este proceso. Algunos de ellos son: péptido-1, dermaseptín, pleurocidín y PR-39. Algunos otros como el pirrocoricín y el drosocín inhiben la acción de las chaperonas en el plegamiento correcto de las proteínas. La acción de péptidos como PR-39 e indolicín produce la formación de bacterias filamentosas. También se sabe que el péptido nisín (perteneciente a la categoría de bacteriocinas) es capaz de bloquear la división celular.
• Oxígeno: péptidos antimicrobianos más desarrollados, como el microcín j25, actúan alterando la cadena respiratoria mediante la inhibición del consumo de oxígeno. De este modo, estimulan la proliferación de especies que reaccionan con el oxígeno.

Mecanismo de Acción

Los mecanismos de acción de los péptidos antimicrobianos son muy diversos por ese motivo también los podemos conocer como medicamentos sucios. Principalmente distinguimos dos tipos de péptidos antimicrobianos según su mecanismo de acción, estos son los péptidos permeabilizadores (afectan a la permeabilidad de la membrana plasmática) y los no permeabilizadores (su acción esta relacionada con los ácidos nucleicos, síntesis, translocación y plegamiento de proteína).

Los péptidos permeabilizadores se caracterizan principalmente por su carácter catatónico, asociado con su característica amfipatica (presentar fracciones hidrófobas y fracciones polares que son hidrófilas) por eso su acción se basada en la interacción con la membrana bacteriana ya que dicha membrana esta formada por fosfolípidos aniónicos, con los que establecen interacciones electrostáticas. De este modo pueden introducirse en el interior de la membrana plasmática de manera que las partes hidrófobas de los péptidos interaccionan con las partes hidrófobas de la membrana causando daños que afectan a su la estabilidad.

Encontramos distintos tipos de mecanismos como:

· El mecanismo barril: después de haberse introducido en el interior de la membrana y de haber alcanzado una concentración suficiente los péptidos se colocan perpendicularmente a la membrana creando poros hidrófilos que provocan la pérdida del equilibrio osmótico y del potencial de membrana de los patógenos.

· El mecanismo anular: al alcanzar una concentración límite los lípidos se doblan y forman así un canal mixto con los péptidos y los lípidos de la membrana.

· El mecanismo de alfombra: los péptidos se asocian a la cara extracelular de la membrana creando una alfombra y debilitando la membrana bacteriana, eventualmente se puede producir la muerte celular por perdida de citoplasma

· El mecanismo de agregado: cuando se llega a una concentración elevada de péptidos, estos se reorientan forman unos canales y se produce la muerte celular por perdida de contenido citoplasmático o pueden desintegrarse espontáneamente.

Además se ha encontrada un grupo de péptidos que no afectan a la permeabilidad de la membrana plasmática, sino que su función esta relacionada en la modificación de los ácidos nucleicos y la síntesis, translocación y plegamiento de las proteínas.

Concretamente encontramos un grupo de péptidos capaces de traspasar la membrana y interaccionar con las histonas i el RNA-polimerasa inhibiendo el crecimiento bacteriano. También se ha observado péptidos capaces de interrumpir la incorporación de histidinas y alterar enzimas involucradas en la síntesis proteica. Otros péptidos son capaces de inhibir el plegamiento de las proteínas o inhibir el crecimiento de la membrana celular por lo que no se puede llevar a cabo la división. Finalmente se han observado péptidos con la capacidad de alterar la cadena respiratoria al inhibir el consumo de oxígeno.

Dichos péptidos no provocan daños en las células animales puesto que estas células son ricas en fosfolípidos neutros y colesterol que son sustancias que inhiben la incorporación de estos péptidos y la formación de poros en las membranas. La carga de las membranas de las células eucariotas es positiva, a diferencia de la membrana extracelular bacteriana, por eso la carga positiva de los PAM les permite penetrar células bactrianas respetando las células del huésped.

Mecanismos de Resistencia

La resistencia de las bacterias a los medicamentos comunes se ha convertido en una amenaza para la salud mundial y un problema serio, que ha provocado aumentos de los casos de infección y, como consecuencia, de la tasa de mortalidad. Una buena noticia es que los péptidos antimicrobianos producen resistencia^[5]​ más difícilmente que lo antibióticos usuales, aunque esta puede causar un daño que conduce a enfermedades más graves. Esto se debe a que empieza a actuar de manera muy rápida contra los patógenos invasores (microorganismos) y a trabajar mediante mecanismos inespecíficos o generales, de modo que las bacterias no pueden generar la resistencia en tan poco tiempo. Por lo tanto, aunque sea más difícil de adquirir, una vez conseguida puede tener efectos de mayor transcendencia como, por ejemplo, endocarditis bacteriana.

¿De qué depende la resistencia? Está determinada por la carga y estructura que tiene la bacteria en su membrana externa, así como también el efecto de los cambios ambientales bajo estrés en el microorganismo.^[6]​

Por ejemplo, en algunas bacterias gramnegativas, la resistencia es adquirida gracias a las modificaciones que afectan la síntesis de proteínas de la membrana externa. Un ejemplo sería la bacteria Yersinia enterocolitica, capaz de producir cambios estructurales y funcionales en el lípido A. Este, encargado de activar la acción de los TLR4, tiene una responsabilidad primordial en la activación del sistema inmune innato, y lleva un fosfato cuya carga negativa establece interacciones con los péptidos antimicrobianos e impide que se active la respuesta inmunológica.^[7]​ También en relación con los cambios en la membrana externa, encontramos alguna especies de Salmonella que impiden que los péptidos antimicrobianos se puedan inserir en la membrana. Esto es debido a que produce un aumento de las interacciones hidrofóbicas, cosa que reduce la fluidez de la membrana.

Existen varios organismos (Straphylococcus spp, Enterococcus faecalis, etc) que han generado resistencia desarrollando enzimas proteolíticas con la capacidad de degradar los péptidos: elastasas, metaloproteinasas, metaloproteinasas… Otros, en cambio, usan la neutralización como mecanismo de resistencia. Por ejemplo, la bacteria Staphylococcus aureus consigue producir la inhibición del efecto bactericida mediante la secreción de estafiloquinasa.^[8]​

Una de las principales causas de obtención de virulencia en muchas de las infecciones bacterianas conocidas es la formación de biopelículas como mecanismo de resistencia bacteriana a los antibióticos y la defensa innata del organismo infectado. En la búsqueda para erradicar las infecciones crónicas cuya causa son las biopelículas, se intentan utilitzar péptidos antimicrobianos como sustitutivos de los antibióticos convencionales. Esto es muy importante desde el punto de vista terapéutico, de hecho, ya se están diseñando nuevas terapias antimicrobianas capaces de combatir infecciones creadas por muchas cepas de bacterias, tanto Gram-positivas como Gram-negativas, incluyendo aquellas que ya son resistentes a medicamentos y hongos.

Función inmunorreguladora

 

Además de su actividad microbicida directa, estos péptidos se ven implicados en procesos de quimiotaxis hacia células del sistema inmune, como las α/β-defensinas humanas (quimiotácticas para las células dendríticas, células T o macrófagos) o las catelicidinas (quimiotácticas para neutrófilos, monocitos y células T). Asimismo, esta atracción de células efectivas es regulada por las AMP de forma indirecta mediante la regulación de la liberación de citocinas quimiotácticas como CXCL8 y CCL2, que amplían la respuesta inmune del huésped en procesos inflamatorios.^[9]​

Por otra parte, se ha observado que desempeñan un papel fundamental en la modulación de la capacidad de respuesta a los ligandos en los receptores tipo Toll (TLRs). El AMPS LL37, por ejemplo, puede al mismo tiempo evitar la inflamación causada por bacterias y su reconocimiento en los TLRs mediante su unión a moléculas bacterianas como los lipopolisacáridos (LPS) o el ácido teicoico, al mismo tiempo que desencadenar una respuesta inmune uniéndose a los propios ácidos nucleicos y facilitando su reconocimiento en los TRLs.^[10]​

Estos péptidos participan igualmente en promover una rápida curación de heridas y estimulan la angiogénesis, proceso fundamental para la vascularización del nuevo tejido.

Como consecuencia del vínculo AMP-sistema inmunitario, una expresión irregular de los péptidos antimicrobianos puede inducir a enfermedades autoinmunitarias, entre ellas la psoriasis y rosácea en humanos.

Aplicaciones terapéuticas

Debido a la resistencia a los antibióticos que han desarrollado las bacterias en los últimos años, la necesidad de encontrar una alternativa terapéutica resulta evidente. Los AMPs constituyen un prometedor candidato para tratar las infecciones. Sin embargo, Los AMPs son degradados por las proteasas, por lo que no son efectivas mediante aplicación oral. De igual forma, se inactivan con componentes del suero, por lo que tampoco se pueden aplicar por vía sistémica. Únicamente se está planteando su aplicación tópica en estudios clínicos, aunque aún no se han comercializado. Las significativas diferencias entre los resultados in vitro e in vivo constituyen un obstáculo para su lanzamiento. Algunos de los AMPs que están desarrollándose son los siguientes.

• Boceprevir, telaprevir, Hepatitis C
• Daptomicina, teicoplanina, oritavancina, telavancina, vancomicina, dalbavancina, para infecciones bacterianas.
• Enfuvirtida, para VIH.

• Bacitracina, para la neumonía, aplicación tópica.

Además, varias líneas de investigación apuntan a algunos de estos péptidos como agentes anticancerosos debido a su citotoxicidad selectiva. Los AMPs no eliminan células sanas, sino que reconocen el exceso de cargas negativas de las membranas de las células cancerosas (fosfatidilserina, mucinas O-glicosiladas, sulfatos de heparano...), ventaja frente a las terapias convencionales. Algunos de estos AMPs son las cecropinas, magaininas o lactoferricina B.^[11]​^[12]​^[13]​

Véase también

• Defensina

Referencias

1. «Cecropin, Wikipedia» |url= incorrecta con autorreferencia (ayuda). 
2. «Magaininas, DeCS Server». 
3. Castañeda-Casimiro, Jessica; Ortega-Roque, Casimiro; Venegas-Medina; Aquino-Andrade; Serafín-López; Estrada (Abril, 2009). «Péptidos antimicrobianos: péptidos con múltiples funciones». Alergia, asma e inmunología pediátricas. 
4. Téllez, Germán Alberto; Castaño, Jhon Carlos (2010). «Péptidos Antimicrobianos». Infectio. 
5. «Péptidos antimicrobianos». www.elsevier.es. Consultado el 22 de octubre de 2018. 
6. Yount, Nannette Y.; Yeaman, Michael R. (2013-01). «Peptide antimicrobials: cell wall as a bacterial target». Annals of the New York Academy of Sciences (en inglés) 1277 (1): 127-138. ISSN 0077-8923. doi:10.1111/nyas.12005. Consultado el 22 de octubre de 2018. 
7. «Antimicrobial peptides as potential anti-biofilm agents against multidrug-resistant bacteria». Journal of Microbiology, Immunology and Infection (en inglés) 50 (4): 405-410. 1 de agosto de 2017. ISSN 1684-1182. doi:10.1016/j.jmii.2016.12.005. Consultado el 22 de octubre de 2018. 
8. Joo, Hwang-Soo; Fu, Chih-Iung; Otto, Michael (26 de mayo de 2016). «Bacterial strategies of resistance to antimicrobial peptides». Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 371 (1695). ISSN 0962-8436. PMC PMC4874390 |pmc= incorrecto (ayuda). PMID 27160595. doi:10.1098/rstb.2015.0292. Consultado el 22 de octubre de 2018. 
9. Lai, Yuping; L. Gallo, Richard (1 de marzo de 2009). «AMPed Up immunity: how antimicrobial peptides have multiple roles in immune defense». AMPed up immunity: how antimicrobial peptides have multiple roles in immune defense 30. doi:https://doi.org/10.1016/j.it.2008.12.003 |doi= incorrecto (ayuda). 
10. Ling-juan, Zhang; L. Gallo, Richard (11 de enero de 2016). «Antimicrobial peptides». Current biology. 
11. Gomes, Bárbara; Felicio, Mario R; T. Augusto, Marcelo; Hollmann, Axel (Enero de 2018). «Designing improved active peptides for therapeutic approaches against infectious diseases.». Biotechnology advances. doi:10.1016/j.biotechadv.2018.01.004. 
12. Mahlapuu, Margit; Hakansson, Joakim; Ringstad, Lovisa; Björn, Camilla (2016 Dec 27). «Antimicrobial Peptides: An Emerging Category of Therapeutic Agents». Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. PMID 28083516. doi:10.3389/fcimb.2016.00194. 
13. Hassan, M.; Kjos; Nes; Diep; Lotfipour. «Natural antimicrobial peptides from bacteria:characteristics and potential applications to fight againstantibiotic resistance». Journal of Applied Microbiology. 

Enlaces externos

• [1] The Science Creative Quarterly
• [2] Péptidos antimicrobianos
• [3] Péptidos antimicrobianos: péptidos con múltiples funciones
• [4] Antimicrobial peptides - Wikipedia
• [5] Antimicrobial Peptides as Mediators of Epithelial Host Defense
• [6] Antimicrobial peptides - Proteopedia.org
• [7] Tratar enfermedades infecciosas mediante péptidos antimicrobianos - CORDIS, Servicio de Información Comunitario sobre Investigación y Desarrollo.
• [8] Straphylococcus spp
• [9] Enzimas Proteolíticas
• [10] Dermaseptín
• Función de los Péptidos Antimicrobianos como Defensinas en la Inmunidad Innata y Adquirida
• [12] Antimicrobial peptide activity on membranes from eukaryote and prokaryotes cells.

•   Datos: Q1201508
•   Multimedia: Antimicrobial peptides