לאחרונה חומרים מזינים מחקר סקר פפטידים אנטיבקטריאליים המתקבלים מחלבון שומשום באמצעות בסיליקו ו בַּמַבחֵנָה שיטות לחקור את פעילותם האנטיבקטריאלית נגד אי קולי ו Staphylococcus aureus.
לימוד: השפעה אנטיבקטריאלית של פפטידים שמקורם בחלבון שומשום נגד Escherichia coli ו-Staphylococcus aureus: ניתוח סיליקו ו-in Vitro. קרדיט תמונה: ELAKSHI CREATIVE BUSINESS / Shutterstock.com
רקע כללי
פפטידים אנטיבקטריאליים (ABPs) הם אנדוגניים באורגניזמים רבים ושונים, בעלי α-helix או קיפול β ייחודי, וכוללים בין חמש ל-50 חומצות אמינו. ABPs הם אמפיפיליים, ובכך מעידים שהם בעלי קצוות הידרופוביים והידרופיליים כאחד. מחקרים קודמים הראו כי ABPs יכולים למקד את הממברנה הציטופלזמית ולהוביל להסרה של חיידקים ותאי סרטן.
Sesamum indicum L., או שומשום, הוא גידול נפוץ של זרעי שמן עשיר ברמות חלבון שומשום בטווח של 17-40%. בַּמַבחֵנָה ו in vivo מחקרים הוכיחו שפפטידים של זרעי שומשום מציגים תכונות רלוונטיות שונות מבחינה טיפולית, כולל הפחתת שומנים בדם, נוגדי חמצון, עמידות לסוכרת ואנטי אייג'ינג; עם זאת, הפעילות האנטיבקטריאלית של פפטידי שומשום נותרה לא ברורה.
לגבי המחקר
המחקר הנוכחי נועד לזהות מעכבי פפטידים שמקורם בחלבון משומשום המסוגלים ליצור אינטראקציה עם שיירי האתר הפעילים של דיהידרופטרואט סינתאז (DHPS), אנזים חיוני במסלול הפולאט.
כלים ביואינפורמטיקה נפרסו כדי להתמקד בשני חלבוני שומשום משמעותיים, כולל חלבון אחסון זרעים 2S 1 (Q9XHP1) וחלבון אחסון זרעי 11S גלובולין 2 (Q9XHP0). ה-AMPs שנבחרו סונתזו בַּמַבחֵנָה, ונמדד הריכוז המינימלי המעכב שלהם (MIC).
הידרוליזה של אנזים היברידי יכולה להוביל לפפטידים חזקים יותר מאשר הידרוליזה המבוצעת באנזים בודד. כתוצאה מכך, שלושה פרוטאזות הנוכחות בדרך כלל במערכת העיכול נבחרו לעיכול אנזים בו זמנית.
הניתוח כלל פפטידים הכוללים שניים עד 15 שאריות חומצות אמינו, כמו גם הערכת רעילותם, התכונות הפיזיקוכימיות והאלרגניות שלהם.
ממצאי מפתח
פפטידים לא רגישים, לא רעילים ובעלי מטען חיובי נבחרו להקרנת עגינה מולקולרית, שכן מטען גבוה יותר מרמז על פעילות אנטי-מיקרוביאלית גדולה יותר כנגד פתוגנים גראם חיוביים וגראם שליליים.
פפטידים Ala-Gly-Gly-Val-Pro-Arg ו-Ser-Thr-Ile-Arg עיכבו את הצמיחה של שניהם גראם חיוביים Staphylococcus aureus וגרם שלילי אי קולי. רצפי חומצות האמינו המדויקים של שני חלבוני השומשום הובררו באמצעות מסד הנתונים של uniport. באמצעות עיכול אנזים וירטואלי, התקבלו 229 פפטידים אנדוגניים.
מחקרים אחרונים זיהו את הפפטיד הקצר Trp-Lys, שהוא מעכב חזק של Mycobacterium tuberculosis שיכול להיקשר גם לאזורים קושרים לתרופות סולפא וגם לפטרידין מונופוספט, ובכך להפוך את הסוכן הזה לפחות פגיע למוטציות עמידות לתרופות. בשל תכונה זו, Trp-Lys נבחרה כבקרה חיובית. חשוב לציין, Ser-Thr-Ile-Arg ו-Ala-Gly-Gly-Val-Pro-Arg הצליחו בביצועים טובים יותר מ-Trp-Lys, ובכך הוכיחו את הכדאיות שלהם כ-ABPs.
המטען החיובי נטו בפפטידים הקל על הפעילות האנטי-מיקרוביאלית שלהם, שכן פפטידים בעלי מטען חיובי נטו יכולים להגיב עם פוספוליפידים של ממברנה חיידקית הטעונים הפוך, מה שמוביל לחדירות ממברנה מוגברת ומוות תאים.
מחקרים קודמים הבהירו את הקשר בין פעילות אנטי-מיקרוביאלית לבין הטעינה של ABPs. לשם כך, ABPs עם מטען חיובי נטו נמשכים אלקטרוסטטית לממברנות מיקרוביאליות טעונות שלילי, אך נותרים לא מושפעים על ידי ממברנות תאי היונק הטעונות באופן ניטרלי.
המטענים החיוביים על פפטידים AlaGly-Gly-Val-Pro-Arg ו-Ser-Thr-Ile-Arg יכולים לנבוע מנוכחות חומצת האמינו Arg. במחקרים קודמים, פעילות אנטיבקטריאלית מוגברת ככל שמספר שאריות הארגינין הקיימות ברצפי פפטידים עולה.
מאפיין ייחודי נוסף של ABPs הוא הידרופוביות שלהם. הממברנה המיקרוביאלית מורכבת מדו-שכבה שומנית בעלת אופי הידרופובי, המגבירה את האינטראקציה בין ממברנות הפוספוליפידים והפפטיד.
ב-Ala-Gly-Gly-Val-Pro-Arg ו-Ser-Thr-Ile-Arg, קיימים שאריות חומצות אמינו הידרופוביות של Ile, Ala ו-Pro, מה שמשפר את הפעילות המעכבת של הפפטיד.
מסקנות
ניתן להאיץ זיהוי מדויק של פפטידים בעלי תכונות אנטי-מיקרוביאליות באמצעות סינון חישובי מקל. במחקר הנוכחי, שני AMPs של AlaGly-Gly-Val-Pro-Arg ו-Ser-Thr-Ile-Arg נבדקו וסונתזו, שניהם לא רעילים, יציבים ולא אלרגניים. יתרה מכך, הפפטידים נגזרו מזרעי שומשום, ובכך מספקים פוטנציאל רב למחקר ופיתוח נוסף.
בַּמַבחֵנָה ניסויים אימתו את התכונות האנטיבקטריאליות של הפפטידים. מספר גורמים השפיעו על האינטראקציה בין פפטידי שומשום ו-DHPS, כולל אינטראקציות הידרופוביות, קשרי מימן, כוח אינטראקציה של מטען מושך וכוח ואן דר ואלס. שימוש ב-AlaGly-Gly-Val-Pro-Arg או Ser-Thr-Ile-Arg הוביל לדיכוי שניהם אי – קולי ו S. aureus.
