Новый антимикробный пищевой пептид: характеристика, свойства и оценка эффективности

Перспективными кандидатами в качестве противобактериальных препаратов являются антимикробные пептиды (АМП), присутствующие в молозиве коров.

Цели исследований — выделение, теоретическое обоснование и подтверждение биологической активности нового АМП из пепсинового гидролизата молозива коров с аминокислотной последовательностью EKLAKNKLARGLKRK. По базе данных Protein NCBI, выделенный АМП, идентифицируется как AW655195.1 105840 MARC 1BOV / Bos taurus (крупный рогатый скот). При идентификации АМП по базе данных антимикробных пептидов APD он не найден. При идентификации АМП по базе данных DRAMP исследуемый объект отсутствует, но по характеристикам относится к классу противомикробных. Общее гидрофобное соотношение пептида, определенное APD, составляет 33%. Общий чистый заряд равен +6, молекулярная масса составляет 1753,151 Да. Потенциал связывания с белками (индекс Бомана) на уровне 3,44 ккал/моль. Выделенный АМП по характеристикам близок к известным, включенным в базу данных APD. АМП относится к катионным гидрофобным α-спиральным, что предполагает его противомикробную активность. В результате экспериментов in vitro доказана противомикробная и противоопухолевая активность пептида.

1. Lee J.-Y. et al. Structure-activity relationship-based screening of antibiotics against Gram-negative Acinetobacter baumannii. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 2017; 25 (1): 372–380. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2016.11.001

2. Wang B. et al. Functional and expression characteristics identification of Phormicins, novel AMPs from Musca domestica with anti-MRSA biofilm activity, in response to different stimuli. International Journal of Biological Macromolecules. 2022; 209: 299–314. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.03.204

3. Rajasekaran G. et al. Antimicrobial and anti-inflammatory activities of chemokine CXCL14-derived antimicrobial peptide and its analogs. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Biomembranes. 2019; 1861(1): 256‒267. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2018.06.016

4. Domhan C. et al. A novel tool against multiresistant bacterial pathogens: lipopeptide modification of the natural antimicrobial peptide ranalexin for enhanced antimicrobial activity and improved pharmacokinetics. International Journal of Antimicrobial Agents. 2018; 52(1): 52‒62. https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2018.03.023

5. Kim E.Y. et al. LL-37-derived short antimicrobial peptide KR-12-a5 and its d-amino acid substituted analogs with cell selectivity, anti-biofilm activity, synergistic effect with conventional antibiotics, and anti-inflammatory activity. European Journal of Medicinal Chemistry. 2017; 136: 428–441. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2017.05.028

6. Mallapragada S., Wadhwa A., Agrawal P. Antimicrobial peptides: The miraculous biological molecules. Journal of Indian Society of Periodontology. 2017; 21(6): 434–438.

7. Faya M., Kalhapure R.S., Kumalo H.M., Waddad A.Y., Omolo C., Govender T. Conjugates and nano-delivery of antimicrobial peptides for enhancing therapeutic activity. Journal of Drug Delivery Science and Technology. 2028; 44: 153‒171. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2017.12.010

8. Nordström R., Malmsten M. Delivery systems for antimicrobial peptides. Advances in Colloid and Interface Science. 2017; 242: 17‒34. https://doi.org/10.1016/j.cis.2017.01.005

9. Cummins C., Lundy R., Walsh J.J., Ponsinet V., Fleury G., Morris M.A. Enabling future nanomanufacturing through block copolymer self-assembly: A review. Nano Today. 2020; 35: 100936. https://doi.org/10.1016/j.nantod.2020.100936

10. Zhang K. et al. Layered nanofiber sponge with an improved capacity for promoting blood coagulation and wound healing. Biomaterials. 2019; 204: 70‒79. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.03.008

11. Wang С., Hong T., Cui P., Wang J., Xia J. Antimicrobial peptides towards clinical application: Delivery and formulation. Advanced Drug Delivery Reviews. 2020; 175: 113818. https://doi.org/10.1016/j.addr.2021.05.028

12. Yang X., van der Donk W.A. Ribosomally Synthesized and Post-Translationally Modified Peptide Natural Products: New Insights into the Role of Leader and Core Peptides during Biosynthesis. Chemistry. 2013; 19(24): 7662–7677. https://doi.org/10.1002/chem.201300401

13. Lovering A.L., Safadi S.S., Strynadka N.C.J. Structural Perspective of Peptidoglycan Biosynthesis and Assembly. Annual Review of Biochemistry. 2012; 81: 451–478. https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-061809-112742

14. Gan B.H., Gaynord J., Rowe S.M., Deingruber T., Spring D.R. The multifaceted nature of antimicrobial peptides: current synthetic chemistry approaches and future directions. Chemical Society Reviews. 2021; 50(13): 7820–7880. https://doi.org/10.1039/d0cs00729c

15. Mermer S. et al. Ceftaroline versus vancomycin in the treatment of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) in an experimental MRSA meningitis model. Journal of Global Antimicrobial Resistance. 2020; 22: 147–151. https://doi.org/10.1016/j.jgar.2020.02.001

16. Ramesh S., de la Torre B.G., Albericio F., Kruger H.G., Govender T. Microwave-Assisted Synthesis of Antimicrobial Peptides. Hansen P.R. (ed.). Antimicrobial Peptides. Methods and Protocols. New York, NY: Humana Press. 2016; 51–59. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-6737-7_4

17. Sangild P.T., Vonderohe C., Melendez Hebib V., Burrin D.G. Potential Benefits of Bovine Colostrum in Pediatric Nutrition and Health. Nutrients. 2021; 13(8): 2551. https://doi.org/10.3390/nu13082551

18. Duffuler P., Bhullar K.S., de Campos Zani S.C., Wu J. Bioactive Peptides: From Basic Research to Clinical Trials and Commercialization. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2022; 70(12); 3585–3595. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.1c06289

19. Мерзлякова Н.В., Тихонов С.Л., Тихонова Н.В., Шихалев С.В. Математическое моделирование ферментации белка молозива коров для получения антимикробных и противогрибковых пептидов. АПК России. 2023; 30(3); 433‒439. https://elibrary.ru/rabpxc

20. Porcelli F., Ramamoorthy A., Barany G., Veglia G. On the Role of NMR Spectroscopy for Characterization of Antimicrobial Peptides. Ghirlanda G., Senes A. (eds.). Membrane Proteins. Folding, Association, and Design. Totowa, NJ: Humana Press. 2013; 159–180. https://doi.org/10.1007/978-1-62703-583-5_9

21. Takahashi D., Shukla S.K., Prakash O., Zhang G. Structural determinants of host defense peptides for antimicrobial activity and target cell selectivity. Biochimie. 2010; 92(9): 1236–1241. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2010.02.023

22. Nguyen L.T, Haney E.F., Vogel H.J. The expanding scope of antimicrobial peptide structures and their modes of action. Trends in Biotechnology. 2011; 29(9): 464–472. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2011.05.001

23. Jenssen H., Hamill P., Hancock R.E.W. Peptide Antimicrobial Agents. Clinical Microbiology Reviews. 2016; 19(3): 491–511. https://doi.org/10.1128/CMR.00056-05

24. Yasir M., Willcox M.D.P., Dutta D. Action of Antimicrobial Peptides against Bacterial Biofilms. Materials. 2018; 11(12): 2468. https://doi.org/10.3390/ma11122468

25. Xuan J. et al. Antimicrobial peptides for combating drug-resistant bacterial infections. Drug Resistance Updates. 2023; 68: 100954. https://doi.org/10.1016/j.drup.2023.100954