vignette|350x350px|Différentes structures de peptides antimicrobiens.
Les peptides antimicrobiens (PAM), (AMPs en anglais) également appelés peptides de défense de l'hôte (HDPs en anglais), font partie de la réponse immunitaire innée trouvée dans toutes les classes de la vie. Des différences fondamentales existent entre les cellules procaryotes et eucaryotes pouvant représenter des cibles pour les peptides antimicrobiens. Ces peptides sont de puissants antibiotiques à large spectre qui présentent un potentiel en tant que nouveaux agents thérapeutiques. Il a été démontré que les peptides antimicrobiens tuent les bactéries à Gram négatif et à Gram positif, les virus enveloppés, les champignons et même les cellules transformées ou cancéreuses.. Contrairement à la majorité des antibiotiques classiques, il apparaît que les peptides antimicrobiens déstabilisent fréquemment les membranes biologiques, peuvent former des canaux transmembranaires et peuvent également en jouant le rôle d’immunomodulateurs.
Structure Les peptides antimicrobiens constituent un groupe unique et diversifié de molécules, qui sont divisées en sous-groupes sur la base de leur composition et de leur structure en acides aminés. Les peptides antimicrobiens contiennent généralement entre 12 et 50 acides aminés. Ces peptides incluent deux résidus chargés positivement ou plus fournis par l'arginine, la lysine ou, dans les environnements acides, l' histidine et une proportion importante (généralement > 50%) de résidus hydrophobes. Les structures secondaires de ces molécules suivent 4 thèmes, dont i) les hélices α, ii) les brins β dus à la présence de 2 liaisons disulfure ou plus, iii) l’épingle ou la boucle β dues à la présence d’une simple liaison disulfure / ou cyclisation de la chaîne peptidique et iv) étendu. Beaucoup de ces peptides ne sont pas structurés en solution libre et se replient dans leur configuration finale lors de la partition dans des membranes biologiques. Il contient des résidus d'acides aminés hydrophiles alignés le long d'un côté et des résidus d'acides aminés hydrophobes alignés le long du côté opposé d'une molécule hélicoïdale. Cette amphipathicité des peptides antimicrobiens leur permet de se répartir dans la bicouche lipidique de la membrane. La capacité d'association avec des membranes est une caractéristique définitive des peptides antimicrobiens bien que la perméabilisation des membranes ne soit pas nécessaire. Ces peptides exercent diverses activités antimicrobiennes, allant de la perméabilisation membranaire à l’action sur une gamme de cibles cytoplasmiques. Type caractéristiques AMPs Peptides anioniques riche en acides glutamique et aspartique Maximin H5 chez les amphibiens, Dermcidine chez l'homme Peptides α-hélicoïdaux cationiques linéaires manque de cystéine Cétropines , andropine, moricine , cératotoxine et mélittine d'insectes, Magainin , dermaseptine , bombinine, brevinine-1, esculentines et buforine II d'amphibiens, CAP18 de lapins, LL37 d'humains Peptide cationique enrichi en acide aminé spécifique riche en proline, arginine, phénylalanine, glycine, tryptophane abaecin, apidaecins d'abeilles domestiques, prophénine de porcs, indolicidine de bétail. Peptides anioniques et cationiques contenant de la cysteine et formant des liaisons disulfure contient 1 ~ 3 liaison disulfure 1 liaison: brevinines, 2 liaisons: protégrine de porc, tachyplesines de limules, 3 liaisons: défenses de l'homme, plus de 3: drosomycine dans les mouches
Activités vignette|350x350px| Les modes d'action des peptides antimicrobiens Les modes d'action par lesquels les peptides antimicrobiens tuent les microbes varient et peuvent différer d'une espèce bactérienne à l'autre. Certains peptides antimicrobiens tuent à la fois les bactéries et les champignons, par exemple le psoriasin tue E. coli et plusieurs champignons filamenteux. La membrane cytoplasmique est une cible fréquente, mais les peptides peuvent également interférer avec la synthèse de l'ADN et des protéines, le repliement des protéines et la synthèse de la paroi cellulaire. Le contact initial entre le peptide et l'organisme cible est électrostatique, car la plupart des surfaces bactériennes sont anioniques ou hydrophobes, comme dans le peptide antimicrobien Piscidin. Leur composition en acides aminés, leur caractère amphipathique, leur charge cationique et leur taille leur permettent de s’attacher aux bicouches membranaires et de s’insérer dans celles-ci pour former des pores par des mécanismes à barreaux, à tapis ou à pores toroïdaux. Alternativement, ils peuvent pénétrer dans la cellule pour lier des molécules intracellulaires qui sont essentielles à la vie cellulaire. Les modèles de liaison intracellulaire comprennent l'inhibition de la synthèse de la paroi cellulaire, l'altération de la membrane cytoplasmique, l'activation de l'autolysine, l'inhibition de la synthèse de l'ADN, de l'ARN et des protéines et l'inhibition de certaines enzymes. Cependant, dans de nombreux cas, le mécanisme exact de la mise à mort n'est pas connu. Une technique émergente pour l'étude de tels mécanismes est l' interférométrie à double polarisation. Contrairement à de nombreux antibiotiques classiques, ces peptides semblent être bactéricides au lieu de bactériostatiques. En général, l'activité antimicrobienne de ces peptides est déterminée en mesurant la concentration minimale inhibitrice (CMI), qui est la plus faible concentration de médicament inhibant la croissance bactérienne.
Les PAM peuvent posséder de multiples activités, notamment des activités bactériennes anti-gram-positives, anti-fongiques, anti-virales, anti-parasitaires et anti-cancéreuses. Une grande analyse fonctionnelle indique que parmi toutes les activités des PAM, l'amphipathie et la charge, deux propriétés principales des PAM, distinguent le mieux les PAM avec et sans activités bactériennes anti-gram négatif. Cela implique qu'être un PAM ayant des activités bactériennes anti-gram-négatives peut nécessiter une forte amphipathie et une charge positive nette.
Immunomodulation En plus de tuer directement les bactéries, il a été démontré qu'elles remplissaient un certain nombre de fonctions immunomodulatrices pouvant jouer un rôle dans l'élimination de l'infection, notamment la capacité de modifier l'expression du gène de l'hôte, d'agir comme chimiokines et/ou d'induire la production de chimiokines, en inhibant les protéines - production de cytokines inflammatoires, favorisant la cicatrisation des plaies et modulant les réponses des cellules dendritiques et des cellules de la réponse immunitaire adaptative. Les modèles animaux indiquent que les peptides de défense de l'hôte sont essentiels à la fois pour prévenir et éliminer l'infection. Il semble que de nombreux peptides initialement isolés sous le nom de "peptides antimicrobiens" se soient avérés avoir des fonctions alternatives plus importantes in vivo (par exemple, l'hepcidine).
Mécanismes d'action Les peptides antimicrobiens forment un groupe vaste et hétérogène de peptides ayant différents mécanismes d'actions, ils ont en commun de permettre la destruction de divers pathogènes (virus, bactéries, champignons). Les défensines s'assemblent en polymères dans la membrane des bactéries pour former un pore et lyser ainsi la cellule. Les histatines inhibent des enzymes indispensables au métabolisme de la cellule.
vignette|473x473px| Images au microscope électronique à balayage (grossissement 50 000X) montrant l'action d'un peptide antimicrobien expérimental (NN2_0050) sur la membrane cellulaire d'E.coli (K12 MG1655) CI-DESSUS: Membranes cellulaires intactes du groupe témoin. CI-DESSOUS: Membranes cellulaires perturbées et fuite du chromosome bactérien (vert) dans le groupe traité. Les peptides antimicrobiens possédant une charge nette positive sont attirés et incorporés dans les membranes bactériennes chargées négativement. Une fois à l'intérieur de la membrane, ils sont supposés causer des perturbations par trois mécanismes possibles:
formation de pores toroïdaux formation de tapis formation de douves de tonneau
Bien que les spécificités de chaque mécanisme diffèrent, toutes proposent une rupture de la membrane induite par un peptide, permettant ainsi une fuite cytoplasmique qui conduit finalement à la mort.
Des travaux récents ont brossé un tableau plus complexe de l'activité des peptides antimicrobiens. Les peptides antimicrobiens peuvent également agir en tant qu'inhibiteurs métaboliques, inhibiteurs de la synthèse de l'ADN, de l'ARN et des protéines et inhibiteurs de la synthèse de la paroi cellulaire ou de la formation de septum. Ils sont également connus pour causer l’agrégation des ribosomes et délocaliser les protéines membranaires.
Ajoutant une couche supplémentaire de complexité, de nombreux peptides antimicrobiens naturels possèdent une activité bactéricide faible. Plutôt que d'inhiber directement la croissance bactérienne, ils sont maintenant connus pour agir de concert avec le système immunitaire de l'hôte par le biais de mécanismes comprenant l'induction de chimiokines, la libération d'histamine et la modulation de l'angiogenèse. Ces effets immunomodulateurs ont récemment commencé à attirer l'attention.
Plusieurs méthodes ont été utilisées pour déterminer les mécanismes de l'activité des peptides antimicrobiens. En particulier, les études de RMN à l'état solide ont fourni une explication de résolution au niveau atomique de la rupture de membrane par des peptides antimicrobiens. Au cours des dernières années, la cristallographie aux rayons X a été utilisée pour décrire en détail la manière dont la famille des défensines végétales rompent les membranes en identifiant les phospholipides clés dans les membranes cellulaires du pathogène. On a pensé que les défensines humaines agissaient par un mécanisme similaire, ciblant les lipides des membranes cellulaires dans le cadre de leur fonction. En fait, il a été démontré que la bêta-défensine 2 humaine tue les champignons pathogènes Candida albicans par le biais d’interactions avec des phospholipides spécifiques. Les méthodes Applications Microscopie visualiser les effets des peptides antimicrobiens sur les cellules microbiennes Spectroscopie d'émission atomique pour détecter une perte de potassium intracellulaire (une indication que l'intégrité de la membrane bactérienne a été compromise) Colorants fluorescents mesurer la capacité des peptides antimicrobiens à perméabiliser les vésicules membranaires Formation de canaux ioniques évaluer la formation et la stabilité d'un pore induit par un peptide antimicrobien Dichroïsme circulaire et dichroïsme circulaire orienté mesurer l'orientation et la structure secondaire d'un peptide antimicrobien lié à une bicouche lipidique Interférométrie à double polarisation mesurer les différents mécanismes des peptides antimicrobiens Spectroscopie RMN à l'état solide mesurer la structure secondaire, l'orientation et la pénétration de peptides antimicrobiens dans des bicouches lipidiques à l'état cristallin liquide biologiquement pertinent Diffraction des neutrons et des rayons x mesurer les diagrammes de diffraction des pores induits par les peptides dans les membranes de multicouches ou de liquides orientés
Extraction et caractérisation des peptides antimicrobiens
Extraction des peptides antimicrobiens
Extraction par hydrolyse enzymatique de protéines À partir des années 1990, plusieurs peptides possédant des activités antimicrobiennes vis-à-vis de bactéries à gram-positif et à gram-négatif, ont été mis en évidence et isolés au sein d’hydrolysats de protéines. La nature de ces protéines est très diverse, telle que les caséines, le lysozyme, l’ovotransferrine, la lactoferrine, la β-lactoglobuline.