Синергетические антимикробные пептиды зимней защиты открывают новый путь улучшения бактерицидной терапии.

В недавнем исследовании, опубликованном в NPJ и устойчивость к противомикробным препаратамгруппа исследователей исследовала синергетический эффект шести пептидов зимнего метеоризма (WF) против бактериальных патогенов, выявив терапевтический потенциал сочетания сильных и слабоактивных пептидов.

Стади: Синергизм антимикробных пептидов зимней камбалы. Изображение предоставлено: Мишель Урси/Shutterstock.com

фон

Хотя АМП представляют собой многообещающую альтернативу обычным антибиотикам, а некоторые из них обладают мощными бактериостатическими свойствами, роль менее активных антибиотиков остается загадочной.

Например, WF производит плеуроцидин, AMP с мембрано- и внутриклеточными повреждающими способностями, которые могут революционизировать терапевтические подходы и устойчивость к антибиотикам. Однако его взаимодействие и влияние на элиминацию бактерий требуют дальнейших исследований.

об учебе

В этом исследовании пептиды были получены от Cambridge Research Biochemicals и очищены с использованием градиентов вода/ацетонитрил. Жиры были получены от Avanti Polar Lipids и использовались неочищенными.

Для проверки антибактериальных свойств использовали модифицированный метод микроразведения бульона. Минимальную ингибирующую концентрацию (МИК) оценивали с помощью планшетного ридера Clariostar.

Метод Текина и др. использовали для измерения антибактериальной активности в трех экземплярах. Концентрации пептидов, ингибирующие рост бактерий на 10%, использовались в синергетических скринингах. Кластеры пептидов оценивали модифицированным методом МИК.

Определяли парциальную ингибирующую концентрацию (ЧИК), при этом определенные значения указывали на синергетические эффекты. Стандартные анализы с шахматной доской для синергетического измерения частичного разведения, определения роста/отсутствия роста и расчета FIC.

Используя несколько штаммов антибиотиков и бактерий, фармакодинамические анализы in vitro наблюдали за поведением бактерий при различном воздействии противомикробных препаратов. Строили и анализировали скорость роста бактерий под действием противомикробных препаратов. Галерея Мелонелла Личинки проверили противомикробную эффективность нескольких обработок на модели инфекции ожоговой раны.

Для определения структуры с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) использовались образцы пептидов, смешанные с определенными химическими соединениями, со спектрами ЯМР, полученными на спектрометре Bruker. Полученные данные были обработаны и проанализированы с помощью специального программного обеспечения.

Моделирование молекулярной динамики проводилось с использованием высокопроизводительных систем, анализирующих пептиды в липидной среде с использованием химии в области Гарвардской макромолекулярной механики 36 (CHARMM36). Пептидные структуры накладывались поверх липидных бислоев с корректировкой различных факторов для точного моделирования.

Исследователи использовали липиды с дифетанильной цепью для создания гигантских монококовых везикул (GUV). Он был сформирован методом гальванопластики. Затем изготавливали бислои и тестировали их с пептидами, а данные регистрировали и анализировали.

Полученные результаты

В этом исследовании исследователи изучили антимикробную активность шести AMP WF на бактериальных изолятах. два актера вибрион Изоляты были включены из-за морского происхождения пептидов WF. Было замечено, что WF2 (плевроцидин) и WF1a-1 проявляли высокую противомикробную активность.

Аналоги D были приготовлены для дальнейшего анализа их активности против П. палочка Синглы. Результаты показали, что эффективность D-WF1a-1 почти соответствовала или немного превосходила D-плевроцидин. Однако антибактериальная активность WF4 была в основном направлена ​​против грамотрицательных бактерий, в то время как WF1, WF1a и WF3 проявляли небольшую активность.

Три метода были использованы для изучения синергизма между WF AMP. Первоначально метод Tekin et al. был использован для выявления двунаправленных синергетических комбинаций нескольких АМП. Когда были изучены условия более высокого порядка, синергия возникла у всей группы, а не у отдельных пар.

Затем исследователи попытались идентифицировать потенциальные синергетические бинарные конструкции устойчивых к антибиотикам изолятов, используя два разных метода скрининга. Результаты показали, что девять из пятнадцати комбинаций двунаправленного AMP WF показали сильный синергизм, в зависимости от тестируемого бактериального изолята.

Примечательно, что каждый WF AMP участвовал по крайней мере в одной синергетической группе. Наконец, исследователи изучили, взаимодействует ли D-WF1a с D-плевроцидином или его аналогом, D-плевроцидином-KR.

Далекие от простого рассмотрения повышения антибактериальной эффективности, исследователи стремились понять поведенческие изменения в WF AMP из-за синергизма. В различных исследованиях отмечено синергетическое увеличение скорости уничтожения бактерий для нескольких комбинаций AMP.

В текущем исследовании изучался желательный фармакодинамический (ФД) профиль WF2 in vitro по сравнению с его синергетическими партнерами. Результаты показали, что все AMP WF и их комбинации были значительно более бактерицидными, чем антибиотики, используемые в клинической практике, убивая бактерии за считанные минуты по сравнению с антибиотиками, на которые уходили часы.

Они не тестировали антибактериальную активность WF1a и WF3 по отдельности. Однако его комбинация с плевроцидином/WF2 усиливала бактерицидное взаимодействие. Этот эффект варьируется в зависимости от устойчивости бактерий и используемого пептида.

Комбинация АМП WF показала значительное улучшение их терапевтической эффективности, согласно исследованию, проведенному на модели инфекции ожоговой раны беспозвоночных с использованием Галерея Мелонелла личинки.

Эта модель использовалась для проверки терапевтической эффективности различных комбинаций антибиотиков. Среди испытанных антибиотиков гентамицин показал сильный защитный эффект в качестве самостоятельного лечения, превосходя другие антибиотики, такие как ципрофлоксацин, имипенем и меропенем.

Однако промежуточная доза WF2, известная как плеуроцидин, была столь же эффективна, как и гентамицин в данной концентрации. Интересно, что низкие дозы WF2 в сочетании с WF1a или WF3 приводили к таким же уровням защиты, как и гентамицин, хотя по отдельности эти пептиды не обеспечивали защиты.

Комбинация WF3 и WF4 также продемонстрировала полную защиту, в отличие от их неэффективности при использовании по отдельности.

Исследования углубились в молекулярные сложности, лежащие в основе синергетического эффекта WF AMP. Было отмечено, что хотя некоторые из пептидов имеют сходство последовательностей, их антибактериальные свойства и синергетический потенциал заметно различаются.

Это привело к гипотезе о том, что способ действия может включать образование гомодимерных агрегатов или олигомеров, учитывая, что отдельные АМП не могут по отдельности образовывать поры в липидных мембранах.

Были проанализированы структурные свойства пептидов WF, показавшие, что они могут принимать специфические конформации, при этом некоторые пептиды проявляют более гидрофобные или гидрофобные тенденции в зависимости от pH окружающей среды.

Другим важным следствием является конформационная гибкость этих пептидов, поскольку они могут переносить как α-спираль, так и P._{во-вторых} соответствие. Эти совпадения были получены с помощью таких методов, как ультрафиолетовый круговой дихроизм и спектроскопия ядерного магнитного резонанса.

Кроме того, моделирование молекулярной динамики дало представление о взаимодействии пептидов с бактериальными плазматическими мембранами. Примечательно, что различия в проникновении в бислой и нарушении липидной цепи были выявлены среди AMP WF, причем некоторые из них показали более глубокое проникновение в специфических условиях бислоя.

При объединении в синергетические пары эти пептиды проявляли различную пенетрантность, возмущение ацильных цепей и водородные связи пептид-липид, подчеркивая сложное молекулярное взаимодействие, которое приводит к улучшенным терапевтическим результатам.

Заключение

В исследовании изучалось атомное взаимодействие WF AMP с мембранами с целью связать его с бактерицидной активностью и понять его роль в антимикробной активности. Хотя хлороцидин может проникать в бактерии, его мембраноразрушающие свойства заслуживают внимания.

Команда определила минимальную концентрацию каталитической ионной проводимости для пептида, используя эксперименты с пластырями. Результаты показали, что хотя способность WF AMP проникать и разрушать липиды различалась, это не коррелировало напрямую с антибактериальной активностью.

Различные модуляторы ВФ показали различную активность и эффекты на модельных бактериальных мембранах. Комбинация WF1a и WF2 улучшала ионную проводимость, что указывает на синергетическую взаимосвязь.