Nadějné léky z much a žab

Jednoho dne první světové války, když ve Francii zuřily tuhé poziční boje, přivezli chirurgovi Williamu S. Baerovi zraněného vojáka. Ležel v zákopech celý týden, než ho našla průzkumná hlídka. Měl zlomenou stehenní kost a otevřené rány na břiše. Když mu Baer rozstřihl uniformu, spatřil děsivý výjev. Poraněná místa na vojákově těle se hemžila stovkami muších larev. Americký lékař proto nutně počítal s infekcí, na kterou tehdy v polních podmínkách umíralo sedmdesát procent zraněných. Když ale vojákovi vypláchl rány, k svému překvapení zjistil, že zasažená tkáň je docela zdravá, a začíná se dokonce hojit. Larvy nejen že mechanicky odstranily mrtvou tkáň za pomoci svých trávicích enzymů, ale navíc svými sekrety zabránily šíření bakteriální infekce.

Po válce Baer tuto zkušenost využil jako přednášející na Univerzitě Johnse Hopkinse v Baltimoru i ve své ordinaci, kde pomocí muších larev léčil pacienty s chronickými záněty okostice. Vlastně tak navázal na tradici australských domorodců nebo Barmánců, kteří využívali muší larvy k čištění ran už stovky let. Dnes se moderní larvální terapie užívá po celém světě včetně České republiky, ale až donedávna lékařům a dalším badatelům nebylo jasné, jakou „zázračnou“ látku, která zabraňuje bakteriální infekci, muší larvy vlastně vylučují. Intenzivně proto hledali její chemické složení.

Vedl je k tomu stále závažnější, celosvětový problém: skutečnost, že mnohá vyzkoušená a dosud spolehlivá antibiotika přestávají účinkovat, protože se po dlouhou dobu předepisovala ve velkém množství, často zbytečně, a bakterie si proti nim vytvořily odolnost. Příkladem je třeba zlatý stafylokok (Staphylococcus aureus), postrach všech nemocnic, který komplikuje pooperační léčbu a způsobuje vážné nehojící se záněty, vředy a jiná hnisavá onemocnění.

Světová zdravotnická organizace dokonce varuje, že tyto vysoce rezistentní typy bakterií by mohly svět přivést zpět do doby, kdy antibiotika ještě neexistovala. Proto se hledají látky, které by mohly antibiotika nahradit. Nadějná je právě skupina sloučenin, do které patří i tajemná molekula ze sekretu muších larev. Jsou to antimikrobiální peptidy – organické sloučeniny složené z aminokyselin vzájemně propojených do řetězců různých délek a tvarů, podobně jako je tomu u bílkovin (proteinů).

Všestranně účinné

Antimikrobiální peptidy jsou součástí imunitního systému všech organismů včetně člověka. Zatímco však imunitní systém savců spoléhá daleko více na specifické protilátky a obranné mechanismy s dlouhodobou pamětí (imunoglobuliny, buněčná imunita), hmyz takto vybavený imunitní systém nemá, a tak jsou u něj antimikrobiální peptidy mnohem mohutněji vyvinuty a obranná odpověď je okamžitá. Peptidy tak vlastně představují prastarou evoluční verzi obrany. V posledních třiceti letech vědci v přírodě našli přibližně 1200 těchto látek a rozluštili jejich strukturu. Objevují přitom stále nové – nejčastěji v tělesných tekutinách hmyzu včetně jeho larev, sekretech žabí kůže, orgánech ryb nebo v jedu bodavého hmyzu (Hymenoptera). Zjistili při tom, že antimikrobiální peptidy působí účinně nejen proti bakteriím, ale i proti plísním, nebezpečným prvokům, a dokonce i proti některým rakovinným buňkám. Některé z těchto prastarých zbraní již procházejí stadiem klinického testování proti různým infekčním onemocněním a uvažuje se o jejich využití ke konzervaci v potravinářském průmyslu.

Několik takových peptidů se podařilo objevit a popsat i českému týmu pod vedením Václava Čeřovského z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. Ten nejzajímavější nalezl se svými spolupracovníky předloni právě v několika orgánech a výměšcích muších larev. Nazvali jej lucifensin, podle latinského jména mouchy bzučivky zelené (Lucilia sericata), jejíž larvy lékaři využívají k léčbě vážných nehojících se ran dolních končetin diabetických pacientů.

Léčba pomocí larev

Václav Čeřovský se začal zajímat o antimikrobiální peptidy během svého působení na americké Cornellově univerzitě v Ithace, kde se věnoval chemické syntéze proteinů. V roce 2003 ale přijal nabídku jiné organizace, aby v Dominikánské republice rozjel výzkum přírodních látek využitelných v medicíně. Na karibském ostrově ho však čekalo rozčarování. Laboratoř měla jen nejzákladnější vybavení, které navíc bylo velmi zastaralé. „Přijeli jsme tam jen se sto tisíci dolary, které měly zahrnovat i naše mzdy. Postavit moderní laboratoř a dělat výzkum bez pořádné finanční podpory bylo nemožné,“ vypráví Václav Čeřovský.

Přesto v Dominikánské republice vydržel přes dva roky a snažil se čas využít alespoň k získávání přírodního materiálu. Lovil tamní druhy vos, učil se vyjímat z jejich zadečků jedové váčky, ze kterých pak izoloval antimikrobiální peptidy. Problém byl v tom, že neměl vhodné přístroje, pomocí nichž by mohl tyto látky dále zkoumat. I tak ale Václav Čeřovský své „dominikánské období“ za úplně zbytečné nepovažuje. Objevil pro sebe slibné pole, které se v posledních dvaceti letech rychle rozvíjí. V Česku je jeho tým prakticky jediný, který se tomuto tématu úspěšně věnuje.

Když po svém návratu Václav Čeřovský zjistil, že lékaři v pražském Institutu klinické a experimentální medicíny využívají k léčbě diabetické gangrény muší larvy, uvědomil si, že tajemství úspěchu metody spočívá právě v peptidových zbraních. Oslovil tedy tamní lékaře a navázal s nimi spolupráci. Společně věří, že jakmile se jim podaří připravit dostatečné množství lucifensinu, budou jej moci vyzkoušet proti patogenním bakteriím z infikovaných nehojících se ran.

Peptidy proti rakovině

Výzkum antimikrobiálních peptidů je překvapivě mladý – první z těchto látek byla objevena až v roce 1980 v tělní tekutině kukly severoamerického motýla martináče (Hyalophora cecropia). Účinnost antibiotik už tehdy klesala, a o důležitosti objevu proto nikdo nepochyboval.

Peptidové „zbraně“ fungují jednoduše: dovedou prorazit buněčné membrány bakterií nebo je rozlámat jako lázeňskou oplatku. Pro bakterie je velmi těžké se takovému útoku bránit a vytvořit si proti němu odolnost. Musely by totiž změnit charakter svých buněčných membrán, což je pro ně v naprosté většině případů velmi obtížné.

Nic není ale tak jednoduché, jak se na první pohled zdá. Výzkum a následující výroba antimikrobiálních peptidů je totiž velmi náročná a drahá. Jejich molekuly se navíc snadno rozpadají v přítomnosti tělních tekutin, kde se na ně vrhnou enzymy hostitelských buněk, které je hbitě rozstříhají podobně jako nůžky šňůrku korálků. Vědci se s tím vypořádávají tak, že při syntetické přípravě peptidů vyměňují některé aminokyseliny za jiné, odolnější, aby výslednou zbraň posílili. Potíž je v tom, že se někdy zároveň zvýší agresivita peptidu vůči buňkám organismu, který má léčit. Nezbývá tedy než připravit uměle řadu „napodobenin“ přírodního peptidu a hledat tu s nejlepšími vlastnostmi. Někdy může být podle Václava Čeřovského dokonce účinnější a lepší než její přírodní vzor.

Do klinické fáze testování, tedy do fáze zkoušek na pacientech, se zatím ve světě dostalo jen velmi málo antimikrobiálních peptidů – většinou těch, které mají sloužit k léčbě povrchových zranění nebo infekcí, při nichž nedochází k přímému kontaktu léku s krví a jinými tělesnými tekutinami. Některé přípravky si zatím vedou v testech úspěšně. Třeba magainin, peptid objevený v kůži žáby drápatky vodní; látka z něj odvozená by mohla rovněž sloužit k léčbě diabetické gangrény nohou. Zkoušejí se i peptidy pro léčbu akné či zánětů dásní, přípravky ve formě aerosolů pro léčení některých plicních onemocnění nebo masti pro prevenci sexuálně přenosných infekcí.

Vědci zkoumají také účinky proti rakovinným nádorům, čímž se v Česku zabývá Ústav molekulární a translační medicíny Lékařské fakulty Univerzity Palackého v Olomouci. Peptidy totiž umějí odlišit nemocné buňky a útočí přednostně na ně. „Zřejmě to souvisí s rozdílným složením buněčných membrán nádorových a nenádorových buněk,“ říká ředitel ústavu Marián Hajdúch. Přesný mechanismus účinku však zatím není znám.

Mohou tedy antimikrobiální peptidy v budoucnu nahradit antibiotika? To zatím nevíme. Některé mikroby si i proti těmto slibným zbraním dovedou vytvořit obranyschopnost. Například kvasinka Candida albicans, která způsobuje závažné infekce v ústech. Vyvinula si enzymy, s jejichž pomocí útočné peptidy rozstříhá ještě dříve, než se dostanou k její buněčné stěně. Zatím se však zdá, že jde spíše o výjimku a riziko rezistence je u antimikrobiálních peptidů mnohem menší než u antibiotik. Na to, jestli nový druh léků skutečně změní moderní medicínu, si ovšem budeme muset ještě počkat.

Peptidové zbraně

Antimikrobiální peptidy jsou velmi krátké proteiny, většinou je netvoří víc než deset až padesát aminokyselin svinutých do tvaru šroubovice nebo skládaného listu. V boji proti bakteriím jsou však velmi účinné. Jejich řetězce mají kladný elektrický náboj, zatímco buněčná membrána bakterií je nabitá záporně. Díky opačné polaritě se peptidy na bakterie navážou, načež vytvoří v jejich membránách díry nebo je kobercovitě rozlámou. Buněčný obsah bakterií se pak vylije a cizopasník zemře. Byly už ale objeveny i peptidové zbraně, které se dokážou „provrtat“ do nitra bakteriální buňky a vážně poškodit její metabolismus, konkrétně syntézu DNA.

Na buněčné stěny živočišných buněk by antimikrobiální peptidy útočit neměly, membrány těchto buněk totiž nemají záporný náboj. Jejich stavbu navíc zpevňují molekuly cholesterolu. Proto peptidy vzbuzují velké naděje – riziko rezistence je mnohem nižší než u antibiotik, navíc mají i hojivou funkci. Povzbuzují i aktivitu imunitního systému, což antibiotika nedokážou.