Avaliação Funcional e Estrutural de Variantes Sintéticos do Peptídeo Antimicrobiano do tipo Hairpin MPB-1

Abstract

A escassez de novas ferramentas para controle dos agentes microbianos responsáveis por infecções humanas consiste em um grande desafio nos dias atuais. Muitas pesquisas têm sido focadas na busca e caracterização de peptídeos antimicrobianos, categorizados como modelos promissores de novos fármacos antinfeciosos. Neste sentido as plantas constituem um amplo campo de descoberta para novos peptídeos, que podem ser usados como uma ferramenta para a produção biotecnológica de novos compostos. O peptídeo MBP-1 (Maize Basic Peptide), anteriormente relatado em sementes de milho, faz parte de uma classe de peptídeos antimicrobianos (hairpin-like) que tem chamado atenção devido a um novo tipo de enovelamento descrito, caracterizado pela presença de duas hélices conectadas entre si por duas pontes dissulfeto. Desta forma neste trabalho, o peptídeo MBP-1 foi sintetizado quimicamente e sua atividade antimicrobiana avaliada. O mesmo se apresentou efetivo contra as bactérias Gram-negativas patogênicas humanas Escherichia coli, Klebisiella pneumoniae e Pseudomonas aeruginosa, mas foi ineficiente contra a bactéria Gram-positiva Staphylococcus aureus, assim como contra o fungo Aspergillus fumigatus. O peptídeo apresentou ainda baixa atividade hemolítica nas concentrações testadas. Foram realizados testes com variantes sintéticos do MBP-1 que tiveram suas cisteínas ou triptofano substituídos por alanina a fim de melhor entender seu mecanismo de ação. Este teste demonstrou que a ausência de cisteínas ou triptofano diminui ou anula a atividade do peptídeo, evidenciando assim a importância destes resíduos para atividade. Ao relacionar as atividades de cada peptídeo com os modelos gerados por homologia, pode-se notar que a estabilização das porções terminais das α- hélices por uma ponte dissulfeto parece ser mais importante para atividade bactericida do que estabilizar o interior da molécula. Em geral, estes resultados são úteis para compreensão de algumas características necessárias a atividade do peptídeo MBP-1 e possivelmente dos peptídeos hairpin-like, contribuindo assim com aplicações futuras em ferramentas biotecnológicas que possam ser usadas no tratamento de infecções. ___________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The lack of novel tools for microbial agents control responsible for human infections consists of a great challenge today. Currently, many researches have been focused on the search and characterization of antimicrobial peptides, which have been classified as models for innovative promising anti-infective drugs. In this sense, the plants provide a wide contribution to the field of discovery for unusual peptides that can be used as tools for biotechnological products. The MBP-1 (Maize Basic Peptide), previously reported in corn, is part of a class of antimicrobial peptides (hairpin-like) that has drawn attention due to a new type of folding recently described, characterized by the presence of two -helices connected by two disulfide bonds. Thus, in this work, the MBP-1 was chemically synthesized and its functional characterization activity was further performed. The MBP-1 was active against Gram-negative human pathogenic E. coli, K. pneumoniae and P. aeruginosa but was ineffective against the Gram-positive S. aureus, as well as against the fungus A. fumigatus. The peptide also presented low hemolytic activity at evaluated concentrations. Furthermore, bioassays were performed with MBP-1 synthetic variants that had their cysteines or tryptophan replaced by alanine, in order to better understand the peptide mechanism of action. Those assays demonstrated that the absence of cysteine or tryptophan reduces or suppresses the antimicrobial peptide activity, thus evidencing the importance of these residues for bactericidal activity. By linking the activities of each peptide with the three-dimensional models generated by homology modeling, it can be noted that the stabilization of the terminal portions of α-helices with a disulfide bond seems to be more important for bactericidal activity than to stabilize the interior of the molecule. In general, these results here presented could be useful for a better understanding of some features necessary for activity of MBP-1 and possibly for the hairpin-like peptides, thus contributing to future applications in biotechnology tools that could be used to treat infections.