Self-Assembling Myristoylated Human α-Defensin 5 as a Next-Generation Nanobiotics Potentiates Therapeutic Efficacy in Bacterial Infection

体内 金黄色葡萄球菌 抗生素 肉豆蔻酰化 防御素 微生物学 抗菌剂 抗生素耐药性 大肠杆菌 生物 化学 细菌 生物化学 生物技术 基因 遗传学
作者
Ruyi Lei,Jinchao Hou,Qixing Chen,Weirong Yuan,Baoli Cheng,Yaqi Sun,Yue Jin,Lujie Ge,Shmuel A. Ben‐Sasson,Jiong Chen,Hangxiang Wang,Wuyuan Lu,Xiangming Fang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (6): 5284-5296 被引量:116
标识
DOI:10.1021/acsnano.7b09109
摘要

The increasing prevalence of antibacterial resistance globally underscores the urgent need to the update of antibiotics. Here, we describe a strategy for inducing the self-assembly of a host-defense antimicrobial peptide (AMP) into nanoparticle antibiotics (termed nanobiotics) with significantly improved pharmacological properties. Our strategy involves the myristoylation of human α-defensin 5 (HD5) as a therapeutic target and subsequent self-assembly in aqueous media in the absence of exogenous excipients. Compared with its parent HD5, the C-terminally myristoylated HD5 (HD5-myr)-assembled nanobiotic exhibited significantly enhanced broad-spectrum bactericidal activity in vitro. Mechanistically, it selectively killed Escherichia coli (E. coli) and methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) through disruption of the cell wall and/or membrane structure. The in vivo results further demonstrated that the HD5-myr nanobiotic protected against skin infection by MRSA and rescued mice from E. coli-induced sepsis by lowering the systemic bacterial burden and alleviating organ damage. The self-assembled HD5-myr nanobiotic also showed negligible hemolytic activity and substantially low toxicity in animals. Our findings validate this design rationale as a simple yet versatile strategy for generating AMP-derived nanobiotics with excellent in vivo tolerability. This advancement will likely have a broad impact on antibiotic discovery and development efforts aimed at combating antibacterial resistance.
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