Les peptides antimicrobiens synergiques de la plie rouge dévoilent une nouvelle voie vers une thérapie bactéricide améliorée

Dans une étude récente publiée dans NPJ Antimicrobiens et Résistanceun groupe de chercheurs a étudié l’action synergique de six peptides antimicrobiens (AMP) de la plie rouge (WF) contre les pathogènes bactériens, découvrant le potentiel thérapeutique de la combinaison de peptides puissants et faiblement actifs.

Étude: Synergie entre les peptides antimicrobiens de la plie rouge. Crédit d’image : MicheleUrsi/Shutterstock.com

Arrière-plan

Bien que les AMP offrent une alternative prometteuse aux antibiotiques traditionnels, et que quelques-uns présentent de fortes propriétés bactéricides, le rôle des moins actifs reste ambigu.

Par exemple, le WF produit de la pleurocidine, un AMP aux capacités d’endommagement de la membrane et de ciblage intracellulaire qui pourrait révolutionner les approches thérapeutiques et contrer la résistance aux antibiotiques. Cependant, ses interactions et ses effets sur l’élimination bactérienne justifient une enquête plus approfondie.

À propos de l’étude

Dans la présente étude, les peptides provenaient de Cambridge Research Biochemicals et ont été raffinés avec des gradients eau/acétonitrile. Les lipides provenaient d’Avanti Polar Lipids, Inc. et étaient utilisés non purifiés.

Pour tester les propriétés antibactériennes, une méthode de microdilution en bouillon modifiée a été employée. La concentration minimale inhibitrice (CMI) a été évaluée à l’aide d’un lecteur de plaques Clariostar.

La méthode de Tekin et al. a été utilisée pour mesurer l’activité antibactérienne en triple exemplaire. Des concentrations de peptides inhibant 10 % de la croissance bactérienne ont été utilisées dans les cribles de synergie. Des combinaisons de peptides ont été évaluées par une méthode de CMI ajustée.

La concentration inhibitrice fractionnelle (FIC) a été déterminée, avec des valeurs particulières indiquant des effets synergiques. Les tests standard de microdilution Chequerboard ont mesuré la synergie, définissant la croissance/absence de croissance et calculant le FIC.

Utilisant plusieurs souches antibiotiques et bactériennes, les essais pharmacodynamiques in vitro ont observé le comportement bactérien sous diverses expositions antimicrobiennes. Le taux de croissance bactérienne sous l’influence antimicrobienne a été tracé et analysé. Galleria mellonella les larves ont testé l’efficacité antimicrobienne de divers traitements sur un modèle d’infection de brûlure.

La détermination de la structure par résonance magnétique nucléaire (RMN) impliquait des échantillons de peptides mélangés à des composés chimiques spécifiques, avec des spectres RMN obtenus à partir de spectromètres Bruker. Les données obtenues ont été traitées et analysées à l’aide d’un logiciel particulier.

Des simulations de dynamique moléculaire ont été réalisées à l’aide de systèmes haute performance, analysant des peptides dans des environnements lipidiques à l’aide du champ de force de la chimie du Harvard Macromolecular Mechanics 36 (CHARMM36). Les structures peptidiques ont été introduites au-dessus des bicouches lipidiques, avec divers facteurs ajustés pour des simulations précises.

Les chercheurs ont utilisé des lipides de la chaîne diphytanoyle pour créer des vésicules unilamellaires géantes (GUV). Ceux-ci ont été formés en utilisant la méthode d’électroformation. Des bicouches ont ensuite été fabriquées et testées avec des peptides, et les données ont été enregistrées et analysées.

Résultats de l’étude

Dans la présente étude, les chercheurs ont examiné l’activité antimicrobienne de six AMP WF sur des isolats bactériens. Deux représentants Vibrio isolats ont été inclus en raison de l’origine marine des peptides WF. Il a été observé que WF2 (pleurocidine) et WF1a-1 présentaient une puissance antimicrobienne élevée.

Les analogues D ont été préparés pour analyser plus avant leur activité contre P. aeruginosa isole. Les résultats ont montré que les performances de D-WF1a-1 correspondaient étroitement ou dépassaient légèrement la D-pleurocidine. Cependant, l’activité antibactérienne de WF4 était principalement contre les bactéries Gram-négatives, tandis que WF1, WF1a et WF3 ont montré une activité minimale.

Trois méthodes ont été employées pour examiner la synergie entre les AMP WF. Initialement, la méthode de Tekin et al. a été utilisé, identifiant des combinaisons bidirectionnelles synergiques de plusieurs AMP. Lors de l’examen des conditions d’ordre supérieur, la synergie a émergé de l’ensemble de la combinaison plutôt que des appariements individuels.

Par la suite, les chercheurs ont cherché à identifier des combinaisons binaires synergiques probables pour les isolats résistants aux antibiotiques en utilisant deux méthodes de dépistage différentes. Les résultats ont montré que neuf des quinze combinaisons WF AMP bidirectionnelles présentaient une forte synergie, en fonction de l’isolat bactérien testé.

Notamment, chaque WF AMP a participé à au moins une combinaison synergique. Enfin, les chercheurs ont exploré si D-WF1a agit en synergie avec la D-pleurocidine ou son analogue, la D-pleurocidine-KR.

Au-delà de la simple considération des gains de puissance antibactérienne, les chercheurs ont cherché à comprendre les changements de comportement des AMP WF dus à la synergie. Diverses études avaient noté une coopérativité accrue dans les taux de destruction bactéricide pour les combinaisons multi-AMP.

L’étude actuelle a testé le profil pharmacodynamique (PD) souhaitable in vitro de WF2 par rapport à ses partenaires synergiques. Les résultats ont démontré que tous les AMP WF et leurs combinaisons étaient nettement plus bactéricides que les antibiotiques utilisés en clinique, tuant les bactéries en quelques minutes par rapport aux antibiotiques qui prenaient des heures.

Ils n’ont pas testé individuellement la puissance antibactérienne de WF1a et WF3. Cependant, leur combinaison avec la pleurocidine/WF2 a amélioré la coopérativité bactéricide. Cet effet variait en fonction de la résistance bactérienne et de l’énantiomère peptidique utilisé.

La combinaison d’AMP WF a montré une amélioration significative de leur efficacité thérapeutique, selon des recherches menées sur un modèle d’infection de plaie de brûlure d’invertébrés utilisant Galleria mellonella larves.

Ce modèle a été utilisé pour tester les performances thérapeutiques de diverses combinaisons d’antibiotiques. Parmi les antibiotiques testés, la gentamicine a démontré de puissants effets protecteurs en tant que traitement autonome, surpassant d’autres antibiotiques comme la ciprofloxacine, l’imipénème et le méropénème.

Cependant, une dose intermédiaire de WF2, connue sous le nom de pleurocidine, était tout aussi efficace que la gentamicine à une concentration spécifique. Fait intéressant, les faibles doses combinées de WF2 avec WF1a ou WF3 ont entraîné des niveaux de protection similaires à la gentamicine, même si ces peptides n’ont fourni aucune protection individuellement.

Une combinaison de WF3 et WF4 a également présenté une protection complète, contrastant leur inefficacité lorsqu’ils sont utilisés seuls.

La recherche a approfondi les subtilités moléculaires derrière l’effet synergique de ces AMP WF. Il a été observé que bien que certains peptides partagent des similitudes de séquence, leurs propriétés antibactériennes et leur potentiel synergique différaient nettement.

Cela a conduit à l’hypothèse que le mode d’action pourrait impliquer la formation d’agrégats ou d’hétéro-oligomères, étant donné que les AMP seuls ne peuvent pas former individuellement des pores dans les membranes lipidiques.

Les caractéristiques structurelles des peptides WF ont été analysées, révélant qu’ils peuvent adopter des conformations spécifiques, certains peptides présentant des tendances plus hydrophobes ou hydrophiles en fonction du pH environnemental.

Une autre découverte importante était la flexibilité conformationnelle de ces peptides, car ils pouvaient assumer à la fois l’hélice α et P_II conformations. Ces conformations ont été déduites par des techniques telles que le dichroïsme circulaire dans l’ultraviolet lointain et la spectroscopie RMN.

De plus, des simulations de dynamique moléculaire ont fourni des informations sur l’interaction des peptides avec les membranes plasmiques bactériennes. Notamment, des différences dans la pénétration de la bicouche et le désordre de la chaîne lipidique ont été identifiées parmi les AMP WF, certaines montrant une pénétration plus profonde dans des conditions de bicouche spécifiques.

Lorsqu’ils sont combinés en paires synergiques, ces peptides présentent une pénétration altérée, un désordre de la chaîne acyle et une liaison hydrogène peptide-lipide, mettant en évidence l’interaction moléculaire complexe conduisant à des résultats thérapeutiques améliorés.

Conclusion

La recherche a exploré l’interaction atomique de l’AMP WF avec les membranes, dans le but de la relier à l’activité bactéricide et de comprendre son rôle dans la puissance antimicrobienne. Bien que la pleurocidine puisse pénétrer les bactéries, ses propriétés de perturbation de la membrane sont remarquables.

L’équipe a identifié la concentration minimale de conductance ionique induisant des peptides à l’aide d’expériences patch-clamp. Les résultats ont montré que si la capacité de WF AMP à pénétrer et à perturber les lipides variait, cela n’était pas directement lié aux forces antibactériennes.

Différents AMP WF ont montré des activités et des effets variés sur les membranes bactériennes modélisées. La combinaison de WF1a et WF2 a conduit à une conductance ionique améliorée, suggérant une relation synergique.