Analogues of the antimicrobial peptide BP214

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Freire, Catarina Maria Boto
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/36008
Resumo: Trabalho Final de Mestrado Integrado, Ciências Farmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2017
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spelling Analogues of the antimicrobial peptide BP214Gram-negative infectionsAntimicrobial peptidesAntimicrobial activityHemolytic activityHydrophobicityMestrado Integrado - 2017Ciências da SaúdeTrabalho Final de Mestrado Integrado, Ciências Farmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2017One of the most concerning health problems present in the twenty-first century is antibiotic-resistant infections. The growing number of multi-resistant infections has led to complicated public health problems that require the most consideration. Simultaneously there are economic and regulatory barriers. Having all of these difficulties in mind, some researchers are trying to find new therapeutic classes that may became reliable alternatives to the therapeutics use nowadays. One of these new classes may be antimicrobial peptides. AMPs have demonstrated antimicrobial activity which makes them a good choice for research. Their cationic amino acids confer the molecule an attraction towards some components of the bacteria, this leads to the possibility of destroying the microorganism due to membrane rupture. The AMP studied on this work was BP214, which was characterised in some previous studies. BP214 has shown a similar antimicrobial activity to colistin (a last-line therapeutic) and a reduced hemolytic activity compared to other AMPs. Therefore, on this study, eleven different BP214s analogues were synthesised and studied in order to discover which amino acids are essential to its antimicrobial and hemolytic activities. Each of these analogues differs from BP214 only in one amino acid that was replaced by an alanine. The results demonstrated that only the peptides that had a lysine or an arginine replaced showed an improved antimicrobial activity but also an increase in their hemolytic activity. The remaining replacements resulted in a loss of antimicrobial and hemolytic activities of the peptide. It was also possible to associate the loss of activity to the low hydrophobicity of the molecule, which resulted from the amino acids replacement. The peptides where the lysine or the arginine were replaced, were also the ones that demonstrated the higher hydrophobicity. Both amino acids are basic and possess high values of pKa. This characteristic can be closely related with higher antimicrobial activity.Um dos maiores problemas do século vinte e um tem sido a resistência aos antibióticos. O crescente número de infeções multirresistentes desencadeou um problema de saúde pública, o que requer uma enorme preocupação por parte da sociedade. Aliados a esta problemática estão os obstáculos a nível económico e regulatório. Tendo todas estas dificuldades em consideração, alguns investigadores estão a tentar encontrar novas classes terapêuticas que possam conferir alternativas às terapêuticas existentes de modo a podermos combater estas infeções com armas inovadoras e contra as quais os patogénicos ainda não possuam resistências. Uma das novas classes emergentes podem ser os péptidos antimicrobianos. Estes péptidos têm demonstrado uma atividade antimicrobiana que faz deles uma boa opção contra as bactérias resistentes. Os seus aminoácidos catiónicos conferem-lhes uma atração específica a determinados componentes das bactérias, levando depois à possibilidade de as eliminar por rotura da membrana. Estes péptidos têm também atividades imunomodulatórias em que são capazes de aumentar a resposta imunitária contra o patogénico, aumentar a quimioatração e ativar a resposta inata e adaptativa, antibiofilme em que conseguem impedir a sua formação mesmo abaixo da sua concentração mínima inibitória e anticancerosas pela sua atividade citolítica específica para tecido tumoral que, tal como as bactérias está carregado negativamente. Entre as várias vantagens dos péptidos antimicrobianos está a facilidade de síntese. Através de uma síntese bastante simples é possível manipulá-los aminoácido por aminoácido de modo a obter um híbrido o mais potente possível em comparação com o péptido original. Deste modo, é viável controlar a sua relação estrutura-atividade. De uma maneira tão simples, é também possível adicionar novos aminoácidos à sequência ou mutar o péptido de modo a torná-lo mais estável ou menos agressivo para o ser humano. Esta síntese pode ser feita em pequena escala no laboratório, mas também pode ser transferida para ser produzida numa grande escala de modo automatizado. Apesar de entre si poderem ser bastante diferentes, os péptidos antimicrobianos possuem algumas características que são transversais a todos eles. Por exemplo, possuem um comprimento médio de menos de 60 aminoácidos, são geralmente carregados positivamente (com carga entre +2 a +9) e as suas estruturas são flexíveis e anfipáticas, ou seja, parte da molécula é hidrofóbica e outra é hidrofílica. Vai ser esta última característica que vai permitir ao péptido passar da sua conformação em solução para a conformação que permite a sua entrada na membrana da bactéria. Esta particularidade vem dos seus aminoácidos catiónicos e hidrofóbicos. São estes aminoácidos catiónicos que desencadeiam uma atração electroestática para as moléculas aniónicas da membrana da bactéria, como os lipopolissacáridos das bactérias gram-negativas e os ácidos lipoteicóicos das gram-positivas. É também através desta peculiaridade que mantém um elevada especificidade para as células procariotas ao invés das eucariotas. A estrutura catiónica vai então levar a uma interação do péptido com a membrana da bactéria e também com os lípidos da membrana citoplasmática, ambos carregados negativamente. A sua carga positiva vai então estabilizar a carga dos fosfolípidos da membrana e causar a sua perturbação. A estrutura anfipática vai depois permitir a sua inserção na bicamada da membrana resultando na sua disrupção e posterior morte da bactéria. O mecanismo exato de como esta disrupção acontece ainda não é totalmente conhecido, sendo que existem diversas teorias para o explicar mas ainda nenhuma foi globalmente aceite. As teorias existentes até ao momento são o modelo “barrel-stove” (i) em que se assume que a inserção do péptido se dá com a orientação das regiões hidrofóbicas no core dos lípidos, levando à formação de um poro que causa a disrupção da membrana; o modelo “toroidal-pore” (ii) que supõe que a inserção do péptido na bicamada leva a que esta se dobre e forme um poro que permite a associação do péptido às cabeças polares dos fosfolípidos; o modelo “aggregate” (iii) em que se crê que vai ocorrer a formação de agregados péptido-lípido, agregados esses que levam a flutuações na condutância e translocações de péptidos na membrana; e, por último, o modelo “carpet” (iv) em que se supõe que a conformação anfipática do péptido leva à sua acumulação na membrana da bactéria formando uma espécie de carpete, causando a disrupção (Figura 1). Para além desta capacidade de disrupção da membrana da bactéria que os péptidos antimicrobianos possuem, eles possuem ainda alvos intracelulares. Apesar de precisarem de estar a uma determinada concentração para serem capazes de causar a lise das bactérias, com apenas concentrações muito baixas conseguem atingir os seus alvos no interior da bactéria, provando assim que estes fenómenos acontecem por mecanismos distintos. Estes péptidos vão então ser capazes de inibir o material genético da bactéria ao nível do ADN, do ARN, da síntese proteica e também da atividade citosólica das suas enzimas. O péptido estudado neste trabalho foi o BP214 que já foi estudado em trabalhos anteriores e que demonstrou uma atividade antimicrobiana semelhante à colistina (uma terapêutica de última linha para o tratamento de infeções bacterianas multirresistentes) e uma atividade hemolítica reduzida quando comparado com outros péptidos antimicrobianos, tendo assim menos efeitos indesejados. Tendo esses estudos em conta, neste trabalho foram sintetizados onze análogos do péptido BP214 e, posteriormente, estudados ao nível da atividade antimicrobiana e hemolítica. Este trabalho foi realizado no sentido de poder descobrir quais os aminoácidos da sequência deste péptido que são essenciais para a sua atividade antimicrobiana e hemolítica e quais podem vir a ser alterados de modo a podermos aumentar a atividade antimicrobiana mas diminuir a atividade hemolítica, de modo a torna-los viáveis ao nível comercial. Cada um dos análogos vai diferir do BP214 apenas num único aminoácido que é consecutivamente substituído por uma alanina, um aminoácido bastante simples. Os resultados demonstraram que apenas os péptidos em que uma lisina ou uma arginina foram substituídas resultaram num aumento da atividade antimicrobiana mas também num aumento da atividade hemolítica. As restantes substituições levaram à perda de atividade antimicrobiana e também hemolítica. Foi também possível associar essa perda de atividade à diminuição do carácter hidrofóbico da molécula, resultado da substituição que foi feita. Este parâmetro foi avaliado pela percentagem de eluente B, o eluente hidrófobo, utlizado no HPLC. Os péptidos em que se trocaram a lisina ou a arginina eram também aqueles que tinham maior hidrofobicidade e nos quais ocorreu um aumento das atividades, quer hemolítica quer antimicrobiana. Quer a lisina como a arginina são aminoácidos básicos que conferiram um carácter mais básico à molécula. Esta característica pode estar intimamente relacionada com o aumento das suas atividades antimicrobianas e hemolíticas.Rocha, Maria de Jesus PerryHansen, Paul RobertRepositório da Universidade de LisboaFreire, Catarina Maria Boto2018-12-18T20:35:53Z2017-12-0720172017-12-07T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/36008enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:32:21Zoai:repositorio.ul.pt:10451/36008Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:50:21.518678Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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