Hydrophobic Control of the Bioactivity and Cytotoxicity of de Novo-Designed Antimicrobial Peptides

抗菌肽 Zeta电位 细胞毒性 抗菌剂 肺表面活性物质 生物物理学 表面电荷 选择性 细胞膜 最小抑制浓度 小泡 生物化学 阳离子聚合 化学 材料科学 体外 生物 纳米颗粒 纳米技术 有机化学 物理化学 催化作用
作者
Haoning Gong,Jing Zhang,Xuzhi Hu,Zongyi Li,Ke Fa,Huayang Liu,Thomas Andrew Waigh,Andrew J. McBain,Jian R. Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (38): 34609-34620 被引量:80
标识
DOI:10.1021/acsami.9b10028
摘要

Antimicrobial peptides (AMPs) can target bacterial membranes and kill bacteria through membrane structural damage and cytoplasmic leakage. A group of surfactant-like cationic AMPs was developed from substitutions to selective amino acids in the general formula of G(IIKK)3I-NH2, (called G3, a de novo AMP), to explore the correlation between AMP hydrophobicity and bioactivity. A threshold surface pressure over 12 mN/m was required to cause measurable antimicrobial activity and this corresponded to a critical AMP concentration. Greater surface activity exhibited stronger antimicrobial activity but had the drawback of worsening hemolytic activity. Small unilamellar vesicles (SUVs) with specific lipid compositions were used to model bacterial and host mammalian cell membranes by mimicking the main structural determinants of the charge and composition. Leakage from the SUVs of encapsulated carboxyfluorescein measured by fluorescence spectroscopy indicated a negative correlation between hydrophobicity and model membrane selectivity, consistent with measurements of the zeta potential that demonstrated the extent of AMP binding onto model SUV lipid bilayers. Experiments with model lipid membranes thus explained the trend of minimum inhibitory concentrations and selectivity measured from real cell systems and demonstrated the dominant influence of hydrophobicity. This work provides useful guidance for the improvement of the potency of AMPs via structural design, whilst taking due consideration of cytotoxicity.

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