2024 Выпуск №1

Классификация и характеристика нового антимикробного пептида

DOI

10.5922/gikbfu-2024-1-7

Страницы / Pages

104-114

Аннотация

В последние годы в исследованиях антимикробных пептидов (AMП) наблюдается значительный прогресс, раскрывающий потенциал этих соединений в качестве аль­тернатив традиционным антибиотикам. Благодаря разнообразным механизмам дей­ствия и широкому спектру противобактериальной активности AMП предоставля­ют новые возможности для профилактики и лечения инфекций с множественной ле­карственной устойчивостью путем создания продуктов питания с антимикробными свойствами, новых противомикробных биологически активных добавок и лекарствен­ных препаратов. Цель работы — создание, характеристика и классификация нового АМП. Для проектирования нового АМП использована протеомная база данных DRAMP, для прогнозирования биологической активности — Peptide Ranker (http:// distilldeep.ucd.ie/PeptideRanker), идентификацию пептида проводили по базе данных EROP-Moscow (http://erop.inbi.ras.ru/index.html), исследование физико-химических свойств — по базам данных APD, DRAMP и PepCalc (http://pepcalc.com). В результате исследований спроектирован новый АМП, состоящий из 11 аминокислотных остат­ков со следующем процентным содержанием: Val, Ala, Trp, Gly, Pro, Tyr, Glu, His, Lys — по 9 % и Arg — 18 %. Общее гидрофобное соотношение в пептиде, определяемое APD, составляет 27 %, общий чистый заряд равен + 2,25, молекулярная формула — C64H96N21O15S0, потенциал связывания с белками (индекс Бомана) — на уровне 3,44 ккал/моль, пептид может образовывать альфа-спираль. Полученный пептид мож­но классифицировать как синтезированный катионный гидрофобный альфа-спи­ральный противомикробный полипептид.

Abstract

In recent years, significant progress has been achieved in AMP research, revealing the potential of these compounds as alternatives to traditional antibiotics. Due to the diverse mechanisms of action and a wide range of antibacterial activity, AMP provides new opportu­nities for preventing and treating multidrug-resistant infections by creating foods with anti­microbial properties, new antimicrobial biologically active additives and medicines. This study aimed to create, characterise and classify a new AMP. The DRAMP proteo­mic database was used to design the AMP, and the Peptide Ranker was utilised to predict biological activity (http://distilldeep.ucd.ie/PeptideRanker). The peptide was identified with the help of the EROP-Moscow database (http://erop.inbi.ras.ru/index.html), and its physio-chemical properties were studied using the APD, DRAMP and PepCalc databases (http://pepcalc.com). The research resulted in the design of a new AMP consisting of 11 ami­no acid residues with the following percentages: Val, Ala, Trp, Gly, Pro, Tyr, Glu, His, Lys by 9 % and Arg by 18 %. The total hydrophobic ratio in the peptide, determined by APD, is 27 %; the total net charge is +2.25. Its molecular formula is C64H96N21O15S0, with protein binding potential (Boman index) at 3.44 kcal/mol. The peptide can form an alpha helix. The resulting peptide can be classified as a synthesised cationic hydrophobic alpha-helical antimi­crobial polypeptide.

Список литературы

1.   Yount N. Y., Weaver D. C., Lee E. Y. et al. Unifying structural signature of eukaryotic a-helical host defense peptides // Proc Natl Acad Sci. 2019. 116(14):6944—53. doi: 10.1073/pnas.1819250116.

2.   Lazzaro B. P., Zasloff M., Rolff J. Antimicrobial peptides: Application informed by evolution // Science. 2020. 368(6490):eaau5480. doi: 10.1126/science.aau54805.

3.   Buccini D. F., Cardoso M. H., Franco O. L. Antimicrobial peptides and cellpenetrating peptides for treating intracellular bacterial infections // Front Cell Infect Mi­crobiol. 2021. 10:612931. doi: 10.3389/fcimb.2020.612931.

4.   Sørensen O. E., Borregaard N., Cole A. M. Antimicrobial peptides in innate im­mune responses // Contributions to microbiology. Basel, 2008. URL: https://www. karger.com/Article/FullText/136315 (дата обращения: 26.05.2022).

5.   Hemshekhar M., Anaparti V., Mookherjee N. Functions of cationic host defense peptides in immunity // Pharmaceuticals. 2016. 9(3):40. doi: 10.3390/ph9030040.

6.   Auvynet C., Rosenstein Y. Multifunctional host defense peptides: Antimicrobial peptides, the small yet big players in innate and adaptive immunity: AMPs, the small yet big players of immunity // FEBS J. 2009. 276(22):6497—508. doi: 10.1111/j.1742- 4658.2009.07360.x.

7.   Wang G. S., Li X., Wang Z. APD3: the antimicrobial peptide databaseas a tool for research and education // Nucleic Acids Research. 2016. 44(D1): D1087-D1093.

8.   Cursino L., Smajs D., Smarda J. et al. Exoproducts of the escherichia coli strain H22 inhibiting some enteric pathogens both in vitro and in vivo // J Appl Microbiol. 2006. 100(4):821—9. doi: 10.1111/j.1365-2672.2006.02834.x.

9.   Dabour N., Zihler A., Kheadr E. et al. In vivo study on the effectiveness of pedi­ocin PA-1 and pediococcus acidilactici UL5 at inhibiting listeria monocytogenes // Int J Food Microbiol. 2009. 225—233, 133(3). doi: 10.1016/ j.ijfoodmicro.2009.05.005.

10.   Bekele A., Gebreselassie N., Ashenafi S. et al. Daily adjunctive tuberculosis: a randomized controlled trial in Ethiopia // J Intern Med. 2018. 284(3):292—306. doi: 10.1111/joim.12767.

11.   Dutta D., Kamphuis B., Ozcelik B. et al. Development of silicone hydrogel an­timicrobial contact lenses with Mel4 peptide coating // Optom Vis Sci. 2018. 95(10):937—46. doi: 10.1097/OPX.0000000000001282.

12.   Dijksteel G. S., Ulrich M., Middelkoop E., Boekema B. Review: Lessons learned from clinical trials using antimicrobial peptides (AMPs) // Front Microbiol. 2021. 12:616979. doi: 10.3389/fmicb.2021.616979.

13.   Kollef M., Pittet D., Sánchez Garcıa M. et al. A ́randomized double-blind trial of iseganan in prevention of ventilator-associated pneumonia // Am J Respir Crit Care Med. 2006. 173(1):91—7. doi: 10.1164/rccm.200504-656OC.

14.   Mohamed M. F., Abdelkhalek A., Seleem M. N. Evaluation of short synthetic an­timicrobial peptides for treatment of drug-resistant and intracellular staphylococcus aureus // Sci Rep. 2016. 6(1):29707. doi: 10.1038/srep29707.

15.   Lachowicz J. Szczepski K., Scano A. et al. The best peptidomimetic strategies to undercover antibacterial peptides // International Journal of Molecular Sciences. 2020. 21 (19). 7349.

16.   Mwangi J., Yin Y. Z., Wang G. et al. The antimicrobial peptide ZY4 combats mul­tidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter baumannii infection // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2019. 116(52): 26516—26522.

17.   Jin L., Bai X. W., Luan N. et al. A designed tryptophan- and lysine/arginine-rich antimicrobial peptide with therapeutic potential for clinical antibiotic-resistant Candida albicans vaginitis // Journal of Medicinal Chemistry. 2016. 59(5): 1791—1799.

18.   Baindara P., Korpole S., Grover V. Bacteriocins: Perspective for the develop­ment of novel anticancer drugs // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2018. 102:10393—10408.

19.   Sledge G. W., Mamounas E. P., Hortobagyi G. N. et al. Past, present, and future challenges in breast cancer treatment // J. Clin. Oncol. Off. J. Am. Soc. Clin. Oncol. 2014. 32: 1979—1986.

20.   Tornesello A. L., Borrelli A., Buonaguro L. et al. Antimicrobial Peptides as Anticancer Agents: Functional Properties and Biological Activities // Molecules. 2020. 25: 2850.

21.   Raheem N., Straus S. K. Mechanisms of Action for Antimicrobial Peptides With Antibacterial and Antibiofilm Functions // Front. Microbiol. 2019. 10:2866.

22.   Zhang G., Sunkara L. T. Avian antimicrobial host defense peptides: From biol­ogy to therapeutic applications // Pharmaceuticals. 2014. 7:220—247.