Rational Engineering and Biosynthesis of Defensin-Derived Antimicrobial Peptides with Broad-Spectrum and Potent Activity

抗菌剂 合理设计 抗菌肽 生物合成 生物化学 计算生物学 化学 代谢工程 蛋白质工程 生物 抗生素 肽 生物活性 抗生素耐药性 微生物学 合成生物学 药物设计 组合化学 融合蛋白
作者
Xudong Zhang,Ziyu Guo,Huimin Zhong,Fan Zeng,Minge Chen,Feng Li,Xian‐En Zhang
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:15 (2): 534-547 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acssynbio.5c00630
摘要

Antibiotic resistance is escalating, highlighting the urgent need for novel antimicrobial strategies. Defensin-like antimicrobial peptides (AMPs) are considered ideal candidates due to their broad-spectrum activity and engineerable potential; however, their limited antimicrobial efficacy and complex chemical synthesis constrain practical applications. In this study, we aimed to enhance the antimicrobial properties of defensin-like AMPs through rational design, directed evolution, and structural fusion strategies. The engineered variant XC1 demonstrated significantly improved antimicrobial activity against a broad range of pathogens, including methicillin-resistant Staphylococcus aureus, while maintaining broad-spectrum efficacy. Comprehensive evaluation of toxicity and stability showed that XC1 exhibited good functional stability in serum, low hemolysis, and low cytotoxicity, indicating excellent therapeutic potential. In addition, high-level secretory expression of defensin-derived AMPs and their engineered variants was achieved using Pichia pastoris GS115, demonstrating strong biosynthetic capability. Together, these results provide a viable strategy for enhancing the antimicrobial activity and scalable biosynthesis of defensin-like AMPs.
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