การประเมินผลเปปไทด์สังเคราะห์ต้านจุลินทรีย์ต่อ Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus
คำสำคัญ:
Staphylococcus aureus ที่ดื้อยาเมทิซิลลิน, Peptide barcode, เปปไทด์สังเคราะห์บทคัดย่อ
การศึกษาครั้งนี้ได้คัดเลือกเปปไทด์จากฐานข้อมูลเปปไทด์ต้านจุลินทรีย์จำนวน 9 เส้น ที่มีขนาด 6-25 กรดอะมิโนมีประจุสุทธิเป็นบวก และ 40-83% hydrophobicity นำเปปไทด์ทั้งหมดไปสังเคราะห์และทดสอบฤทธิ์ยับยั้งการเจริญของเชื้อ Staphylococcus aureus ATCC 25923, methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) DMST 20635, MRSA DMST 20637 และ MRSA DMST 20654 พบว่าเปปไทด์ KLKLLLLLKLK สามารถยับยั้งเชื้อ S. aureus ทั้งหมด จากนั้นทำการดัดแปลงเปปไทด์เส้นนี้ ทำให้ได้เปปไทด์จำนวน 12 เส้น ที่มีค่าของ %hydrophobicity และประจุสุทธิแตกต่างจากเดิม ในการทดสอบฤทธิ์ยับยั้งแบคทีเรียของเปปไทด์สังเคราะห์ 12 เส้น พบว่าเปปไทด์ KLKLKLKLKLK, LLLLLLKLK และ LLLLLLK มีประสิทธิภาพยับยั้งเชื้อ S. aureus ATCC 25923, MRSA DMST 20635 และ MRSA DMST 20654 ได้สูงสุด โดยมีค่า IC50 27.5-62.5 ไมโครกรัมต่อมิลลิลิตร นอกจากนี้ผลการวิเคราะห์ matrix-assisted laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) พบว่าทุกสายพันธุ์ของเชื้อ S. aureus มี Peptide barcode แตกต่างกัน จากผลการทดลองครั้งนี้แสดงให้เห็นว่า S. aureus ที่ดื้อยาเมทิซิลลินต่างกันมีผลต่อ Peptide barcode ต่างกัน และการตอบสนองต่อเปปไทด์สังเคราะห์ก็แตกต่างกันด้วย อย่างไรก็ตามกลไกการทำงานของเปปไทด์ทั้ง 3 เส้น ที่มีฤทธิ์ยับยั้งเชื้อ MRSA ควรจะนำไปศึกษาเพื่อพัฒนาเป็นยารักษาโรค
References
Lei J, Sun L, Huang S, Zhu C, Li P, He J, et al. The antimicrobial peptides and their potential clinical applications. Am J Transl Res 2019; 11(7): 3919-31.
Park CH, Valore EV, Waring AJ, Ganz T. Hepcidin, a urinary antimicrobial peptide synthesized in the liver. J Biol Chem 2001; 276(11): 7806-10.
Ballardini N, Johansson C, Lilji G, Lindh M. Linde Y, Scheynius A, et al. Enhanced expression of the antimicrobial peptide LL-37 in lesional skin of adults with atopic eczema. Br J Dermatol 2009; 161(1): 40-7.
Chromek M, Slamova Z, Bergman P, Kovacs L, Podracka L, Ehren I, et al. The antimicrobial peptide cathelicidin protects the urinary tract against invasive bacterial infection. Nat Med 2006; 12(6): 636-41.
Fearon DT, Locksley RM. The instructive role of innate immunity in the acquired immune response. Science 1996; 272(5258): 50-4.
Papagianni M. Ribosomally synthesized peptides with antimicrobial properties: biosynthesis, structure, function, and applications. Biotechnol Adv 2003; 21(6): 465-99.
Brogden KA. Antimicrobial peptides: pore formers or metabolic inhibitors in bacteria? Nat Rev Microbiol 2005; 3(3): 238-50.
Giuliani A, Pirri G, Nicoletto SF. Antimicrobial peptides: an overview of a promising class of therapeutics. Cent Eur J Biol 2007; 2(1): 1-33.
Hartman BJ, Tomasz A. Low-affinity penicillin-binding protein associates with beta-lactam resistance in Staphylococcus aureus. J Bacteriol 1984; 158(2): 513-6.
Peschel A, Otto M, Jack RW, Kalbacher H, Jung G, Götz F. Inactivation of the dlt operon in Staphylococcus aureus confers sensitivity to defensins, protegrins, and other antimicrobial peptides. J Biol Chem 1999; 274(13): 8405-10.
Ernst RK, Yi EC, Guo L, Lim KB, Burns JL, Hackett M, et al. Specific lipopolysaccharide found in cystic fibrosis airway Pseudomonas aeruginosa. Science 1999; 286(5444): 1561-5.
Lysenko ES, Gould J, Bals R, Wilson JM, Weiser JN. Bacterial phosphorylcholine decreases susceptibility to the antimicrobial peptide LL-37/hCAP18 expressed in the upper respiratory tract. Infect Immun 2000; 68(3): 1664-71.
Stephan R, Cernela N, Ziegler D, Pfluger V, Tonolla M, Ravasi D, et al. Rapid species specific identification and subtyping of Yersinia enterocolitica by MALDI-TOF mass spectrometry. J Microbiol Methods 2011; 87(2): 150-3.
Arpornsuwan T, Paveenkittiporn W, Jaresitthikunchai J, Roytrakul S. BAMP-28 antimicrobial peptide against different MALDI biotype of Carbapenam resistant Enterobacteriaceae. Int J Pept Res Ther 2018; 25(3): 951-60.
Shurko JF, Galega RS, Li C, Lee GC. Evaluation of LL-37 antimicrobial peptide derivatives alone and in combination with vancomycin against S. aureus. J Antibiot 2018; 71(11): 971-4.
Huang Y, Huang J, Chen Y. Alpha-helical cationic antimicrobial peptides: relationships of structure and function. Protein Cell 2010; 1(2): 143-52.
Jiang Z, Vasil AI, Hale JD, Handcock REW, Vasil ML, Hodges RS. Effects of net charge and the number of positively charged residues on the biological activity of amphipathic α-helical cationic antimicrobial peptides. Biopolymers 2008; 90(3): 369-83.
Gregory SM, Cavenaugh A, Journigan V, Pokorny A, Almeida PFF. A quatitative model for the all-or-none permeabilization of phospholipid vesicles by the antimicrobial peptide cecropin A. Biophys J 2008; 94(5): 1667-80.
Mika JT, Moiset G, Cirac AD, Feliu L, Bardaji E, Planas M, et al. Structural basis for the enhanced activity of cyclic antimicrobial peptides: the case of BPC194. Biochim Biophys Acta 2011; 1808(9): 2197-205.
Tossi A, Sandri L, Giangaspero A. Amphipathic, alpha-helical antimicrobial peptides. Bioperlymers 2000; 55(1): 4-30.
Alvarez-Bravo J, Kurata S, Natori S. Novel synthetic antimicrobial peptides effective against methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Biochem J 1994; 302(Pt 2): 535-8.
Silverman JA, Perlmutter NG, Shapiro HM. Correlation of daptomycin bactericidal activity and membrane depolarization in Staphylococcus aureus. Antimicrob Agents Chemother 2003; 47(8): 2538-44.
Clinical and Laboratory Standards Institute. Methods for dilution antimicrobial susceptibility tests for bacteria that grow aerobically; Approved standard, CLSI document M7-A7. 7th ed. Wayne, Pennsylvania; CLSI; 2006.
Almaaytah A, Tarazi S, Abu-Alhaijaa A, Altall Y, Alshar’i N, Bodoor K, et al. Enhanced antimicrobial activity of AamAP1-Lysine, a novel synthetic peptide analog derived from the scorpion venom peptide AamAP1. Pharmaceuticals 2014; 7(5): 502-16.
Sato H, Feix JB. Lysine-enriched cecropin-mellitin antimicrobial peptides with enhanced selectivity. Antimicrob Agents Chemother 2008; 52(12): 4463-5.
Unubol N, Cinaroglu SS, Elmas MA, Akcelik S, Ildeniz ATO, Arbak S, et al. Peptide antibiotics developed by mimicking natural antimicrobial peptides. Clin Microbiol 2017; 6(4): 1-6.
Izadpanah A, Gallo RL. Antimicrobial peptides. J Am Acad Dermatol 2005; 52(3): 381-90.
Gutsmann T, Hagge SO, Larrick JW, Seydel U, Wiese A. Interaction of CAP18-derived peptides with membranes made from endotoxins or phospholipids. Biophys J 2001; 80(6): 2935-45.
Skerlavaj B, Romeo D, Gennaro R. Rapid membrane permeabilization and inhibition of vital functions of gram-negative bacteria by bactenecins. Infect Immun 1990; 58(11): 3724-30.
Boman HG, Agerberth B, Boman A. Mechanisms of action on Escherichia coli of cecropin P1 and PR-39, two antibacterial peptides from pig intestine. Infect Immun 1993; 61(7): 2978-84.
Epand RM, Vogel HJ. Diversity of antimicrobial peptides and their mechanisms of action. Biochim Biophys Acta 1999; 1462(1-2): 11-28.
Moerman L, Bosteels S, Noppe W, Willems J, Clynen E, Schoofs L, et al. Antibacterial and antifungal properties of alpha-helical, cationic peptides in the venom of scorpions from southern Africa. Eur J Biochem 2002; 269(19): 4799-810.
Gazit E, Boman A, Boman HG, Shai Y. Interaction of the mammalian antibacterial peptide cecropin P1 with phospholipids vesicles. Biochemistry 1995; 34(36): 11479-88.
Christensen B, Fink J, Merrifield RB, Mauzerall D. Channel-forming properties of cecropins and related model compounds incorporated into planar lipid membranes. Proc Natl Acad Sci USA 1988; 85(14): 5072-6.
Mohamed MF, Abdelkhalek A, Seleem MN. Evalution of short synthetic antimicrobial peptides for treatment of drug-resistant and intracellular Staphylococcus aureus. Sci Rep 2016; 6: 29707. (14 pages).
Zhu WL, Nan YH, Hahm KS, Shin SY. Cell selectivity of an antimicrobial peptide melittin diastereomer with D-amino acid in the leucine zipper sequence. J Biochem Mol Biol 2007; 40(6): 1090-4.
Ouhara K, Komatsuzawa H, Kawai T, Nishi H, Fujiwara T, Fujiue Y, et al. Increased resistance to cationic antimicrobial peptide LL-37 in methicillin-resistant strains of Staphylococcus aureus. J Antimicrob Chemother 2008; 61(6): 1266-9.
