Rostliny a jejich antimikrobiln inky Pavel ermk Thomayerova

Rostliny a jejich antimikrobiální účinky Pavel Čermák Thomayerova nemocnice Praha - Krč

3 fáze života muže • 1. milovník • 2. činovník • 3. zahradník

Historická determinace antibiotik Časová osa Vyšší organizmy • Nespecifická imunita (pomocná) • Specifická imunita (protilátky, imunokompetentní buňky) mikroorganizmy • Antibiotika • Plošný boj • Cílený boj

Krize antibiotik prostředky účinnost • Nová ATB • Politická řešení • Edukace (medicína, zemědělství) • Další látky – rostliny • Málo, budou vůbec? ? ? • Mizivá • Malá • Nové technologie (kmenové bb. , nanostroje. . ) • …. ve vývoji • Možné řešení na přechodnou dobu

Osoby spojené s bylinami historicky • Pozitivní - bába kořenářka • Negativní - čaroděj, čarodějnice • Moderní – farmaceut, biolog, zemědělský inženýr

Lidová medicína Základ – působení rostlin (bylin) Empirické zkušenosti Komplexní účinky Vázaná na ekosystémy = lokality Velké množství (čínská, indická, středomořská, arabská, valašská…. ) • Nesystematizované informace všech úrovní • Ústní podání IF value • • •

Infekce a rostliny • 100 000 druhů hub (20 000 patogenních), 1600 (100 patogenních), viry (RNA), různé vektory • Stejný vztah jako makroorganismy – plynulý přechod od symbiózy po antagonismus

Obranné mechanizmy rostlin proti infekci • Pasivní odolnost – vzniká od začátku vývoje rostliny • Aktivní odolnost – reakce na inzult (poškození, infekce) • Systémová odolnost – aktivace transkripce různých genů (enzymy, komponenty buněčné stěny Ocimum gratissimum Ø Získaná Ø Indukovaná Woodfordia

Obranné mechanizmy rostlin proti infekci • Pasivní odolnost Ø Strukturní bariéry • vosky • kutikula (kutin, suberin, pektin, celulóza) • Lignifikace cévních pletiv (lignin = aromatický polymer) Ø Chemické bariéry • Fytoanticipiny (glukosináty) Infekce možná pouze stomaty

Mechanizmus účinku fytoanticipinů • Syntéza glukosinátů - uložení v parenchymatických pletivech Ø Alifatické glukosináty (semena) Ø Indolové glukosináty (zelená hmota) Ø Aromatické glukosináty • Myrosináza (enzym) syntetizovaný v bb. idioblastů • Poškození tkání – styk enzymu s glukosináty, hydrolýza na těkavé antimikrobní sloučeniny Woodfordia fruticosa

Obranné mechanizmy rostlin proti infekci • Aktivní odolnost Ø Lokální signály – iontové kanály, kyslíkové radikály, kysl. dusnatý, fosforylační kaskáda Ø Hypersenzitivní reakce programovaná buněčná smrt ØSekundární metabolismus o Sekundární metabolity = chemické látky produkované rostlinnou buňkou

Sekundární metabolity • Inhibiční látky – alkaloidy zvyšující rezistenci vůči patogenům Ø Obsahují dusíkaté heterocykly Ø 20 % rostlin , 10 000 alkaloidů • • Hydrolázy – rozkládají buněčné stěny hub prostřednictvím vody Fytoalexiny PR proteiny Biopolymery buněčné stěny Calotropsis gigantean

Fytoalexiny • Syntéza indikována elicitory • Druhově specifické • Toxické i pro rostlinnou buňku • Nízkomolekulární látky Ø terpenoidy, flavonoidy, fenolické látky, alkaloidy • Fytoncidy – rostlinná ATB Ø Česnek, cibule, křen atd. . . Nelumbo nucifera

PR (pahtogenesis-related) proteiny • Indukované bakteriální, mykotickou a virovou infekcí • 14 tříd PR proteinů • V mezibuněčném prostoru, ve vakuolách a v xylému (dřevo) • Enzymaticky aktivní (chitinázy, glukanázy. . . ) • Funkce receptorů, přenos mikrobiálního signálu (rozpoznávací domény, Toll protein podobný interleukinu 1 – řízení obranného systému) • Mechanismus účinku: Ø Uvolňují elicitory z buněk patogena Ø Rozrušují stěny hub obsahující D-1, 3 -glukany

Biopolymery buněčné stěny • Lignifikace pomocí peroxidáz • suberin – fenolový polymer na vnitřním povrchu buněčné stěny • Kalóza – polysacharid v buněčné stěně, blokuje pophyb hub i virů • Antimikrobní peptidy bříza japonská

Antimikrobní peptidy (AMPs a CPPs) • AMPs = antimikrobiální peptidy, CPPs = cell-penetrating peptidy • • Množství toxických molekul Produkují je další živé organismy (hmyz, bezobratlí. . . ) Peptidy 10 – 50 aminokyselin, 2 – 9 k. Da Mechanismus účinku AMPs Ø Na buněčnou stěnu Ø Intracelulární účinky

Účinky AMPs na buněčnou membránu • A, B – adsorbce na membránu • C – natočení v membráně • D, E, F – ppoškození membrány pomocí elektrostatických sil Albizia lebbeck

Intracelulární účinky AMPs • Inhibice syntézy buněčné stěny • Alterace cytoplasmatické membrány • Aktivace autolysinů • Vazba na DNA • Inhibice DNA, RNA a proteosyntézy • Inhibice enzymatické aktivity

Struktura některých AMPs • Ø Ø Ø Ø Ø AMPs Thioniny Defensiny Lipidy transportující proteiny Puroindoliny Snakiny Cyklotidy – potenciál pro vývoj nových ATB Hevein-like proteiny Ib-AMPs Knottinové peptidy 2 S albuminové proteiny

CPPs (PTDs – protein transduction domains) • Umožňují transport přes buněčnou membránu do živých buněk (DNA, RNA, léky, nanočástice) • Bez receptorů • Bez membránového poškození Ø Přímý průnik Ø Endocytózou Ø Pomocí přechodných struktur • Nízká toxicita

Další obranné systémy • Účinky na biofilm (fenolické látky) Ø Ovlivnění adheze Ø Mezibuněčná komunikace Ø Kombinace s ATB, ovlivnění rezistence na ATB • Antiplasmidové účinky Ø Eliminace plasmidů přenášejících rezistenci z bakterií o olej z máty peprné o mentol o adjuvans k ATB terapii Lantana

Další obranné systémy • Antinutriční faktory – obrana před parazity a predátory (požer) Ø Toxiny (ve vakuolách) o konstitutivní x indukované o aktivace cytoplasmatickými enzymy (kyanovodík) Ø Hormony o narušení metamorfózy hmyzu o fytoestrogeny

Léčivé rostliny • Předmět velkého zájmu v posledních letech • Účinné látky – aromatické oleje, různé extrakty (vodní, alkoholový…) • Země s tropickými pralesy – Indie, Brazílie, Thajsko… • Exotické rostliny, často nemají české názvy… Acalypha indica

Léčivé rostliny - dělení • První generace – využití v syrové podobě, základ lidové medicíny (chininovník, heřmánek, aloe, rulík zlomocný atd…) • Druhá generace – extrakty a izolované chemicky čisté látky (vědecké poznání) • Třetí generace – výběr látek na základě toxicity

Terapie bakteriálních onemocnění • Velmi málo validních informací • Pouze lokální terapie Ø Infekce H. pylori o Česnek, japonský pepř – účinky neprokázány o Skořice – účinky nepřesvědčivé Ø Kožní infekce S. aureus, S. pyogenes o Tea tree olej stejně účinný jako mupirocin na eradikaci MSRA o Extrakt z černého čaje stejně účinný na impetigo jako ATB Ø Acne o Tea tree olej, bazalkový olej (Ocimum gratissimum) – stejná účinnost jako lokální standardní terapie • Kombinace s ATB

Inhibiční účinky chmele na H. pylori. . . původní myšlenka. . . PIVO S LÉČIVÝMI ÚČINKY !!!

Realizace: Grant QI 101 B 090 „Nové postupy produkce funkčních cereálních a mléčných potravin a funkčních nápojů s obsahem bioaktivních složek z vybraných rostlinných a živočišných zemědělských surovin s využitím probiotických mikroorganismů a postupy posuzování jejich kvality“.

Humulus Lupulus • Pochází z Mezopotámie, pěstuje se od 9. slotení n. l. • Od 13. stol používali hlavně Slované ke kořenění a konzervování • Jako léčivá rostlina ve středověkých arabských a křesťanských herbářích • 1600 medicínských využití podpora spánku, trávení, největší obsah fytoestrogenů

Biologicky účinné látky • Alfa-kyseliny, beta-kyseliny = hořké kyseliny Ø Ø Ø • • Účinky na koky, některé houby, mykobakterie Neúčinné na G- tyčky s výjimkou H. pylori Mechanismus účinku – vnitrobuněčná acidifikace Nerozpustné ve vodě Isoderiváty rozpustné ale neúčinné. . . Silice – protizánětlivé a sedativní účinky Polyfenoly – fenolové kyseliny, flavonoly, isoflavonoidy, prenylflavonoidy – antioxidanty, fytoestrogeny Prenylflavonoidy – xanthohumol, isoxanthohumol – antioxidanty, protirakovinové účinky 8 -prenylnaringenin, 6 -prenylnaringenin = nejúčinnější známé estrogeny

metodika • Sbírka 33 kmenů H. pylori od pacientů TN a FN Motol /asi největší na světě/ • Použity tlakově ošetřené homogenáty chmele • Vývoj speciální metodiky pro testování Ø Přesná práce Ø Sterilní prostředí Ø Obtížná kultivace

výsledky • 964 měření vzorků chmele (Žatecký červeňák, Agnus, Vital) sklizně 2011, 2012 • Celková průměrná MIC 0, 47 (0, 15 – 1, 03)g/l • MIC alfa kyselin 8, 17 mg/l, MIC beta kyselin 3, 05 mg/l 2011 2012 Žatecký červeňák Agnus Vital Průměrná MIC g/l 0, 55 0, 57 0, 51 0, 37 0, 25 0, 38 Beta kyseliny g/100 g 0, 63 2, 13 2, 20 1, 13 1, 70 1, 98 Přepočet koncentrace beta kyselin dle MIC 3, 49 12, 15 11, 26 4, 23 4, 27 7, 42 • MIC vzorků chmele odpovídá 3 – 6 x vyšší koncentraci beta kyselin

vyhodnocení • účinek chmele se blíží účinkům antibiotik • výhodné pro účinek na H. pylori Ø lokální infekce Ø není nutné vstřebání účinných látek Ø možnost vysoké lokální koncentrace • ? Jiné účinné látky ? • další biologické účinky • Pokračování výzkumu Ø GAČR - Humulus Lupulus L. - zdroj látek s antimikrobiálními účinky

Praktická aplikace • Pivo bohužel nelze…příliš hořké, likvidace účinných látek • Potravinové doplňky Ø Želatinové bonbóny o Firma Cvrček ØČokoládové pralinky o Carla Dvůr Králové

Závěr • Využitelnost ATB je dána Ø účinkem na struktury, které lidské buňky o nemají – peptidoglykan o mají ale rozdílné – ribozomy, metabolické cesty Ø rozpustností ve vodě • Obranné mechanizmy rostlin Ø Založeny na syntéze antimikrobních látek a jejich speciálním vylučování Ø Účinek většinou neznámý nebo evidentní jedy Ø Většinou nerozpustné ve vodě - nevhodné pro celkovou terapii Ø Hledání dalších látek a technologií pro využití

…děkuji za pozornost