Polymyxin B Loosens Lipopolysaccharide Bilayer but Stiffens Phospholipid Bilayer

双层 细菌外膜 多粘菌素B 脂质双层 磷脂 多粘菌素 内膜 化学 生物物理学 脂多糖 细胞生物学 生物化学 生物 大肠杆菌 抗生素 基因 内分泌学
作者
Lei Fu,Mingwei Wan,Shan Zhang,Lianghui Gao,Wei‐Hai Fang
出处
期刊:Biophysical Journal [Elsevier BV]
卷期号:118 (1): 138-150 被引量:48
标识
DOI:10.1016/j.bpj.2019.11.008
摘要

Multidrug-resistant Gram-negative bacteria have increased the prevalence of a variety of serious diseases in modern times. Polymyxins are used as the last-line therapeutic options for the treatment of infections. However, the mechanism of action of polymyxins remains in dispute. In this work, we used a coarse-grained molecular dynamics simulation to investigate the mechanism of the cationic antimicrobial peptide polymyxin B (PmB) interacting with both the inner and outer membrane models of bacteria. Our results show that the binding of PmB disturbs the outer membrane by displacing the counterions, decreasing the orientation order of the lipopolysaccharide tail, and creating more lipopolysaccharide packing defects. Upon binding onto the inner membrane, in contrast to the traditional killing mechanism that antimicrobial peptides usually use to induce holes in the membrane, PmBs do not permeabilize the inner membrane but stiffen it by filling up the lipid packing defect, increasing the lipid tail order and the membrane bending rigidity as well as restricting the lipid diffusion. PmBs also mediate intermembrane contact and adhesion. These joint effects suggest that PmBs deprive the biological activity of Gram-negative bacteria by sterilizing the cell.

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