Correlation of Charge, Hydrophobicity, and Structure with Antimicrobial Activity of S1 and MIRIAM Peptides

抗菌肽 细菌 抗菌剂 化学 脂质双层 生物物理学 生物化学 生物 微生物学 遗传学
作者
Sebastian Leptihn,Jia Yi Har,Thorsten Wohland,Jeak Ling Ding
出处
期刊:Biochemistry [American Chemical Society]
卷期号:49 (43): 9161-9170 被引量:28
标识
DOI:10.1021/bi1011578
摘要

Antimicrobial peptides are key elements of the innate immune system. Many of them interact with membranes of bacteria leading to perturbation of the lipid bilayer and eventually to inactivation of the pathogen. The emergence of multidrug-resistant bacteria has necessitated innovations of new and more powerful classes of antimicrobials. Here we present the in-depth study of an antimicrobial peptide, MIRIAM, derived from Sushi1 (S1), a well-characterized peptide from the horseshoe crab. MIRIAM interacts strongly with negatively charged lipids, forming an α-helical structure. MIRIAM was found to neutralize LPS and kill Gram-negative bacteria with high efficiency, while not releasing LPS. The promising therapeutic potential of MIRIAM is shown by hemolytic assays, which demonstrate that eukaryotic membranes are unaffected at bactericidal concentrations. Nanoparticle-conjugated MIRIAM used in single-molecule fluorescence and electron microscopy experiments showed that MIRIAM targets bacterial membranes to kill bacteria similarly to parental S1. Furthermore, fragments derived from MIRIAM and S1 provided insights on their molecular mechanisms of action, in particular, the relationships of functional motifs comprised by charge, hydrophobicity, and structure within each peptide. We conclude that the combination of charge, hydrophobicity, and length of the peptide is important. A close interaction of amino acids in a single molecule in a carefully balanced ensemble of sequence position and secondary structure is crucial.
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