طراحی نظری به کمک پتانسیل نیروی میانگین و بررسی تجربی یک جهش جدید در پپتید cap37 به منظور افزایش خاصیت ضدمیکروبی آن

افزایش مقاومت باکتری ها بعلت مصرف بی رویه پادزیست ها مشکل آینده بشریت است که می تواند منجر به بحران و همه گیری های وسیع در سطح جهان شود. به نظر می رسد ترکیبات ضدباکتری طبیعی مثل پپتیدهای ضدمیکروبی کاتیونیک اهمیت ویژه ای دارند و امکان مقاوم شدن باکتری ها نسبت به آنها کمتر است. cap37 یا آزروسیدین پروتئینی است که از گرانول های نوتروفیل انسانی جداسازی شده و به عنوان یک پادزیست طبیعی عمل می کند. باقیمانده های 44- 20 پروتئینcap37 خاصیت ضدباکتریایی دارد. در این مطالعه جهت افزایش خاصیت ضدباکتریایی این پپتید دوجهش در پپتید مذکور طراحی شد. شبیه سازی دینامیک مولکولی پپتیدها در آب به مدت 50 نانوثانیه و همچنین شبیه سازی عبور پپتیدها از غشا لیپید a به عنوان مدل غشا باکتری ها با روش نمونه برداری چتری به منظور محاسبه پتانسیل نیروی میانگین انجام شد. نتایج نظری نشان داد که پپتیدی که حاوی ترادف swrw است نسبت به پپتید طبیعی که حاوی ترادف (sqrs) یا جهش دیگر که حاوی ترادف wwrs است تمایل کمتری برای رسوب و تمایل بیشتری برای عبور از غشا دارد. پس می توان نتیجه گرفت که cap37 با جهش swrw فعالیت ضدمیکروبی بیشتری نسبت به پپتید طبیعی دارد. برای تایید نتایج نظری به دست آمده پپتید طبیعی و جهش یافته swrw ساخته شد. نتایج آزمون mic نشان دهنده خاصیت ضدباکتریایی پپتید مذکور بر روی تعدادی باکتری گرم منفی و گرم مثبت از قبیل اشرشیای کلای، کلبسیلا پنومونیه، استافیلوکوکوس اورئوس و باسیلوس سابتلیس بود و نتایج نظری را تایید کرد.

theoretical design via umbrella sampling and experimental investigation of a new mutation in cap37 to increase its antibacterial property

the increase in antibacterial resistance due to the high consumption of antibiotics is a looming crisis for humanity. natural antibacterial compounds, such as cationic antibacterial peptides, hold a significant position, as the likelihood of developing resistance against them is low. cap37, or azu1, is a protein derived from the granules of human neutrophils and functions as a natural antibiotic. the residues 20-44 of cap37 exhibit antibacterial activity. in this study, two mutations were designed in the native cap37 peptide to enhance its antibacterial activity. molecular dynamics simulations of the peptides in water were conducted for 50 ns, along with umbrella sampling md simulations to obtain reliable potential of mean force (pmf) profiles for each peptide’s passage through lipid a, a component of the bilayer membrane. the results indicated that the peptide containing the swrw sequence exhibited lower aggregation properties in water and a greater tendency to traverse the lipid a bilayer membrane compared to the native (sqrs) or wwrs sequences. therefore, it can be concluded that cap37 with the swrw sequence has enhanced antimicrobial activity. to validate the theoretical findings, both the natural and swrw mutant peptides were synthesized. the minimum inhibitory concentration (mic) test conducted on various gram-negative and gram-positive bacteria, including escherichia coli, klebsiella pneumoniae, staphylococcus aureus, and bacillus subtilis, demonstrated that the mutated peptide exhibited antibacterial activity, thereby confirming the theoretical results.