Chenopodin as a template for the design and synthesis of antiviral and antibacterial peptides

Abstract

El enfoque basado en plantillas se ha aplicado con éxito al diseño de nuevos antimicrobianos basados en péptidos antimicrobianos (AMPs). La Chenopodina es una proteína de almacenamiento abundante de la semilla de quinoa (Chenopodium quinoa), una planta andina con altas propiedades nutricionales y bioterapéuticas. Aquí, utilizamos estrategias asistidas por ordenador y basadas en la física, incluyendo las herramientas AMPA, AMPfun, HLPredFuse y PED2D, para seleccionar cuatro péptidos candidatos inspirados en la estructura primaria de esta globina vegetal de tipo 11S para su cribado biológico, incluyendo actividades antibacterianas y anti-SARS-CoV2. Dos péptidos reproducen fragmentos naturales de 14 aminoácidos de la Chenopodina, denominados Chen1 (YGVRGRGRIQIVNA) y Chen2 (AHSIIYGVRGRGRI), y fueron diseñados dos péptidos de la misma longitud basados en la secuencia de Chen1. Sus dos aminoácidos que contienen cadenas laterales amidas fueron sustituidos por arginina (ChenR) o triptófano (ChenW), generando péptidos catiónicos e hidrofóbicos de ingeniería, respectivamente. La evaluación de estos péptidos sintéticos de 14 polímeros frente a Staphylococcus aureus, Escherichia coli, mostró que Chen1 no es activo (hasta 512 µM), mientras que los otros péptidos presentan efectos en el rango micromolar, Chen2 (64 - 128 µM), ChenR (16-128 µM), ChenW (8 µM). La sustitución química de la glutamina y la asparagina por aminoácidos con cadenas laterales catiónicas o aromáticas favoreció significativamente el efecto antibacteriano. Los péptidos no mostraron una lisis eritrocitaria significativa en el rango de MIC. ChenW es el péptido más activo, pero también el de mayor tendencia hemolítica. El análisis mediante microscopía de fluorescencia puso de manifiesto la naturaleza membranolítica de los péptidos bioactivos derivados de Chenopodina. Se observó una elevada captación del colorante impermeable de intercalación de ácidos nucleicos, el yoduro de propidio, cuando S. aureus se incuba con Chen2, ChenR y ChenW. Por último, Chen2 y ChenR tienen la capacidad de mantener la viabilidad de las células Calu-3 infectadas por SARS-CoV2 en una proporción > 0.8, lo que demuestra la acción dual y dinámica de los AMPs en la lucha contra infecciones bacterianas y antivirales. Nuestros resultados confirman que la Chenopodina es una plantilla útil para el diseño biológico asistido por ordenador de péptidos no tóxicos, activos en la membrana, antibacterianos y antivirales