بررسی نظری و تجربی جهش های جدید در پپتید هیستاتین 3 به منظور افزایش خاصیت ضد میکروبی آن

یکی از بحران های آینده نزدیک بشریت همه گیری بیماری های عفونی بعلت مقاومت آنتی بیوتیکی باکتری ها است. پپتیدهای خانواده هیستاتین‌ دارای خصوصیت ضدمیکروبی علیه سویه‎‌های مقاوم به دارو و التیام زخم می باشند. هدف از این پژوهش طراحی یک جهش برای افزایش خاصیت ضد باکتری پپتید هیستاتین 3 بود. در این پژوهش، ابتدا پپتید هیستاتین3 توسط برنامه گرومکس 5 به مدت 50 نانوثانیه در حضور آب و یون ها و همچنین در حضور میسل sds به عنوان مدل غشا باکتری شبیه‌سازی دینامیک مولکولی شد. سپس به منظور افزایش خاصیت ضد باکتری هیستاتین3، هشت جهش‌ مختلف در این پپتید طراحی و ساختارآنها تهیه شد و هرکدام با همان شرایط قبل بطور جداگانه شبیه‌سازی دینامیک مولکولی شدند و انرژی آزاد اتصال پپتیدها با میسل sds با روش mm/pbsa محاسبه شد. در نهایت 950 نانوثانیه شبیه سازی دینامیک مولکولی در شرایط ذکر شده نشان داد که جهش ترکیبی d1a-g9w دارای منفی‌ترین انرژی آزاد اتصال به میسل sds است که نشاندهنده میانکنش بهتر این جهش با غشا باکتری است. نتایج بررسی های آزمون‌‌های میکروبی mic این جهش برروی باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی، نشان از افزایش خاصیت ضدمیکروبی آن برروی باکتری های گرم مثبت داشت. نتایج این پژوهش نشان می دهد برای طراحی جهش به منظور افزایش خاصیت ضد میکروبی پپتیدها هردوی کاهش بارمنفی پپتید و افزایش خاصیت هیدروفوبیستی باید در نظر گرفته شود. 

theoretical and experimental investigation of new mutations in histatin 3 peptide to increase its antimicrobial properties

a significant future challenge for humanity is the rise of infectious disease epidemics stemming from bacterial antibiotic resistance. the histatin family exhibits antimicrobial properties against drug-resistant strains and promotes wound healing. this study aimed to engineer a novel mutant of histatin 3 to enhance its antimicrobial efficacy. initially, molecular dynamics simulations of histatin 3 were conducted in the presence of water molecules and ions, as well as a sodium dodecyl sulfate (sds) micelle, which serves as a model for bacterial membranes, using the gromacs 5 software for a duration of 50 ns. subsequently, to augment antibacterial properties, eight mutations were designed, and their structures were prepared, followed by individual md simulations under the same conditions for each mutation. the binding free energy of the peptides with the sds micelle was calculated using the mm/pbsa method. ultimately, 950 ns md simulation revealed that the d1a-g9w mutation exhibited the most favorable binding free energy to the sds micelle, indicating enhanced interaction of this mutant with microbial membranes. both this peptide and the wild-type histatin 3 were synthesized, and their antimicrobial properties were assessed experimentally. the microbiological tests (mic) on gram-negative and gram-positive stains demonstrated that this peptide was effective against gram-positive bacteria. the findings of this research suggest that, in designing mutations to enhance antimicrobial properties, attention should be given to both the reduction of negative charge and hydrophobicity.