Классификация и характеристика нового антимикробного пептида

DOI:

10.5922/gikbfu-2024-1-7

Ключевые слова

пептиды последовательность аминокислот заряд молекулярная масса спираль потенциал связывания с белками антимикробные свойства

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.

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.