Модуляция структуры, антибактериальной и гемолитической активности изменением размера кольца в циклических аналогах грамицидина S

Мы оценили влияние размера кольца аналогов грамицидина S на вторичную структуру, связывание липидов, нарушение липидного слоя, антибактериальную активность и гемолитическую активность. Циклические аналоги с размерами кольца от 4 до 14 остатков были разработаны так, чтобы сохранять амфипатический характер, присущий грамицидину S, и синтезированы методом твердой фазы пептидного синтеза. Вторичная структура этих пептидов показала отчетливую периодичность содержания бета-складок: кольца, содержащие 6, 10 и 14 остатков, демонстрировали бета-структуру, тогда как кольца из 8 или 12 остатков были в основном беспорядочны. Пептиды, содержащие 4 или 6 остатков, не связывали липополисахарид, тогда как более длинные пептиды демонстрировали тенденцию к увеличению аффинности связывания липополисахарида с увеличением длины. Дестабилизация наружной мембраны Escherichia coli наблюдалась только у пептидов, содержащих 10 и более остатков. Пептиды с менее чем 10 остатками были полностью неактивны и не проявляли гемолитической активности. 10-остаточный пептид показал профиль активности, сходный с грамицидином S, с действием против грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов, а также дрожжей, но также обладал высокой гемолитической активностью. Разные профили активности были получены при увеличении размера кольца до 12 или 14 остатков. 14-остаточный пептид не обладал антибиотической активностью, но проявлял повышенную гемолитическую активность. 12-остаточный пептид утратил активность против грамположительных бактерий, сохранил активность против грамотрицательных микроорганизмов и дрожжей и продемонстрировал уменьшенную гемолитическую активность. Биологические свойства 12-остаточного пептида были оптимизированы серией замен в остатках, образующих как гидрофобные, так и основные участки, что привело к пептиду с активностью, сопоставимой с грамицидином S против грамотрицательных микроорганизмов и дрожжей, но с существенно более низкой гемолитической активностью. По сравнению с грамицидином S лучший аналог продемонстрировал 10-кратное улучшение антибиотической специфичности в отношении грамотрицательных микроорганизмов и 7-кратное улучшение специфичности для дрожжей по сравнению с эритроцитами человека, определяемое терапевтическим индексом. Эти результаты указывают на возможность модуляции структуры и активности циклических аналогов грамицидина S путем изменения размеров кольца и дополнительно демонстрируют потенциал разработки клинически полезных антибиотиков на основе грамицидина S.