ERM proteins transfer the methyl group to $A_{2058}$ in 23S rRNA to confer the resistance to MLS (macrolide-lincosamide-streptogramin B) antibiotics on microorganism ranging from antibiotic producers to pathogens. To define the functional role of peptide segment encompassing amino acid residues 1 to 25 in NTER (N-terminal end region) of ErmSF, one of the ERM proteins, DNA fragment encoding mutant protein deprived of that peptide was cloned and overexpressed in E. coli to obtain a purified soluble form protein to the apparent homogeneity in the yield of 12.65 mg per liter of culture. The in vitro activity of mutant protein was found to be 85% compared to wild type ErmSF, suggesting that this peptide interact with substrate to affect the enzyme activity. This diminished activity of mutant protein caused the delayed expression of antibiotic resistance in vivo, that at fIrst cells expressing mutant protein showed the retarded growth due to the antibiotic action but with time cells inhibited by antibiotic gradually recovered the viability to exert the resistance to the same extent as those with wild type protein.
We have previously derived a novel antimicrobial peptide, LPcin-YK3(YK3), based on lactophoricin and have successfully studied and reported on the relationship between its structure and function. In this study, antimicrobial peptides with improved antimicrobial activity, less cytotoxicity, and shorter length were devised and characterized on the basis of YK3, and named YK5, YK8, and YK11. The peptide design was based on a variety of knowledge, and a total of nine analog peptides consisted of one to three amino acid substitutions and C-terminal deletions. In detail, tryptophan substitution improved the membrane perturbation, lysine substitution increased the net charge, and excessive amphipathicity decreased. The analog peptides were examined for structural characteristics through spectroscopic analytical techniques, and antimicrobial susceptibility tests were used to confirm their activity and safety. We expect that these studies will provide a platform for systematic engineering of new antibiotic peptides and generate libraries of various antibiotic peptides.
CA(1-8)-ME(1-12) [CA-ME], composed of cecropin A(1-8) and melittin(1-12), is a synthetic antimicrobial peptide having potent antibacterial and antitumor activities with minimal hemolytic activity. In order to investigate the effects of the flexible hinge sequence, Gly-Ile-Gly, of CA-ME on antibiotic activity, CA-ME and three analogues, CA-ME1, CA-ME2, and CA-ME3, were synthesized. The Gly-Ile-Gly sequence of Ca-ME was deleted in CA-ME1 and replaced with Pro and Gly-Pro-Gly in CA-ME2 and CA-ME3, respectively. CA-ME1 and CA-ME3 showed a significant decrease in antitumor activity and phospholipid vesicle-disrupting ability. However, CA-ME2 showed similar antitumor and vesicle-disrupting activities, as compared with CA-ME. These results suggest that the flexibility or ${\beta}$-turn induced by Gly-Ile-Gly or Pro in the central part of CA-ME may be important in the electrostatic interaction of the N-terminus cationic ${\alpha}$-helical region with the cell membrane surface and the hydrophobic interaction of the C-terminus amphipathic ${\alpha}$-helical region with the hydrophobic acyl chains in the cell membrane. CA-ME3 exhibited lower antitumor and vesicle-disrupting activities than CA-ME and CA-ME2. This result suggests that the excessive ${\beta}$-turn structure caused by the Gly-Pro-Gly sequence in CA-ME3 seems to interrupt ion channel/pore formation in the lipid bilayer. We concluded that the appropriate flexibility or bilayer. We concluded that the appropriate flexibility or ${\beta}$-turn structure provided by the central hinge is responsible for the effective antibiotic activity of the antimicrobial peptides with the helix-hinge-helix structure.
Lactophoricin (LPcin-I) is a cationic amphipathic peptide with 23-mer peptide, and corresponds to the carboxy terminal 113-135 region of Component-3 of proteose-peptone. LPcin-I is a good candidate as a peptide antibiotic, because it has an antibacterial activity, but no hemolytic activity. On the other hand, its shorter analog (LPcin-II), which corresponds to the 119-135 region of PP3, has no antibacterial activity. In order to understand the structure-activity relationship under the membrane environments, we succeed to produce large amounts of LPcin-I and LPcin-II peptides. Peptides were over expressed in the form of fusion protein in Escherichia coli, and purified with several chromatography techniques. In this paper, we introduce the optimizing processes of purification and NMR measurement.
Dermcidin is a human antibiotic peptide that is secreted by the sweat glands and has no homology to other known antimicrobial peptides. As an initial step toward understanding dermcidin's mode of action at bacterial membranes, we used homonuclear and heteronuclear NMR to determine the conformation of the peptide in 50% trifluoroethanol solution. We found that dermcidin adopts a flexible amphipathic $\alpha$-helical structure with a helix-hinge-helix motif, which is a common molecular fold among antimicrobial peptides. Spin-down assays of dermcidin and several related peptides revealed that the affinity with which dermcidin binds to bacterial-mimetic membranes is primarily dependent on its amphipathic $\alpha$-helical structure and its length (>30 residues); its negative net charge and acidic pI have little effect on binding. These findings suggest that the mode of action of dermcidin is similar to that of other membrane-targeting antimicrobial peptides, though the details of its antimicrobial action remain to be determined.
Thanatin, a 21-residue peptide, is an inducible insect peptide with a broad range of activity against bacteria and fungi. It has a C-terminal disulfide loop, like the frog skin secretion antimicrobial peptides of the brevinin family. In this study, we tried to find the effect of a number of amino acids between the disulfide bond. Thanatin showed stronger antibacterial activity to Gram negative bacteria than other mutants, except Th1; whereas, the mutant peptides with deletion had higher activity to Gram positive bacteria than thanatin. An increase in the number of amino acid(s) using the alanine residue decreased the antibacterial activity in all of the bacteria. Th1 with deletion of threonine at position 15 ($Thr^{15}$) showed similar antibacterial activity against Gram-negative bacteria, but had higher activity against the Gram positive bacteria. In order to study the structure-function relationship, we measured liposome disruption by the peptides and CD spectra of the peptides. Th1 also showed the highest liposome leaking activity and α-helical propensity in the sodium dodecyl sulfate solution, compared with other peptides. Liposome disruption activity was closely correlated with the anti-Gram positive bacterial activity. All of the peptides showed no hemolytic activity. Th1 was considered to be useful as an antimicrobial peptide with broad spectrum without toxicity.
3'-[S-Methyl-cysteinyl]-3'-amino-3'-deoxy-N,N- dimethyl adenosine, cystocin, is a biosynthesized antibiotic material newly identified from Streptomyces sp. GCA0001. Its structure was found to be similar to puromycin, where the terminal tyrosine is replaced by a methyl cysteine. NMR data prove that the 3-ammo ribose is connected to dimethylaminopurine through the anomeric carbon at 1'-carbon. The methyl cysteinyl unit is connected to the amino unit of ribose by peptide bond. The verification of the structure was performed by comparing the puromycin nucleosides resulted from the hydrolysis of cystocin and puromycin, respectively. Antibiotic activity of cystocin against Streptococcus was found to be two times more potent than that of puromycin.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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1999.06a
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pp.32-32
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1999
Cecropin A(1-8)-magainin 2(1-12) and cecropm A(1-8)-melittin(1-12) hybrid peptides were known to have potent antitumor and antibacterial activity. In particular, cecropm A(l-8)-magainin 2(1-12) has powerful antibacterial and antitumor activity with no hemolytic effect.(omitted)
The bacterial strain that was isolated from chinese cabbage rhizosphere, showed inhibition of yeast growth. This strain was identified as Pseudomonas fluorescens BB2 by API 20NE test and 16S rRNA gene sequence analysis. P. fluorescens BB2 strain produced antibiotics against yeast as a secondary metabolite effectively when the culture was carried out in YM medium with 3% glucose at $20^{\circ}C$. The protein antibiotic of BB2 strain which was concentrated by ammonium sulfate precipitation and n-butanol extraction inhibited the growth of yeast with the minimal inhibitory concentration of $10{\mu}g/ml$ against Candida albicans KCTC 7965, and the growth of yeast was completely inhibited at $80{\mu}g/ml$. The hydrophilic fraction of n-butanol extraction inhibited the growth of Bacillus cereus ATCC 21366, showed orange halo on chrome azurol S plate, which means the fraction contained iron chelating siderophore. The results of crystal violet uptake through the cell membrane showed that membrane permeability was increased about 9% than control, when the concentration of hydrophobic antibiotic against yeast C. albicans was $60{\mu}g/ml$. As a result, the antibiotic produced by P. fluorescens BB2 against yeast Candida is considered antimicrobial peptide, and this is the first report in the genus Pseudomonas.
Lee, Joon Ha;Kim, In-Woo;Kim, Mi-Ae;Yun, Eun-Young;Nam, Sung-Hee;Ahn, Mi-Young;Lee, Young Bo;Hwang, Jae Sam
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.31
no.1
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pp.14-19
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2015
In a previous report, we identified several candidate antimicrobial peptides through de novo RNA sequencing of the centipede Scolopendra subspinipes mutilans. Here, we identify and characterize one of these peptides, Scolopendrasin I. We identified the centipede antimicrobial peptide Cecropin from the centipede transcriptome using an SVM algorithm, and subsequently analyzed the amino acid sequence for predicted secondary structure using a GOR algorithm. We identified an alpha helical region of Cecropin and named it Scolopendrasin I. We then assessed antimicrobial and hemolytic activity of Scolopendrasin I. Scolopendrasin I showed antimicrobial activity against various microbes, including antibiotic-resistant Gram-negative bacteria, in a radial diffusion assay. Scolopendrasin I had potent antibacterial activity against acne-associated microbes in a colony count assay and showed no hemolytic activity in a hemolysis assay. In addition, we confirmed that Scolopendrasin I bound to the surface of bacteria via a specific interaction with lipoteichoic acid and lipopolysaccharide, two components of bacterial cell membranes. In conclusion, the results presented here provide evidence that this is an efficient strategy for antimicrobial peptide candidate identification and that Scolopendrasin I has potential for successful antibiotic development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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