Crystal structure and site-directed mutagenesis of circular bacteriocin plantacyclin B21AG reveals cationic and aromatic residues important for antimicrobial activity

突变 抗菌剂 阳离子聚合 细菌素 定点突变 化学 晶体结构 结构-活动关系 立体化学 计算生物学 生物化学 生物 突变 结晶学 基因 突变体 体外 有机化学
作者
Mian-Chee Gor,Ben Vezina,Róisín M. McMahon,Gordon J. King,Santosh Panjikar,Bernd H. A. Rehm,Jennifer L. Martin,Andrew Smith
出处
期刊:Scientific Reports [Springer Nature]
卷期号:10 (1) 被引量:11
标识
DOI:10.1038/s41598-020-74332-1
摘要

Plantacyclin B21AG is a circular bacteriocin produced by Lactiplantibacillus plantarum B21 which displays antimicrobial activity against various Gram-positive bacteria including foodborne pathogens, Listeria monocytogenes and Clostridium perfringens. It is a 58-amino acid cyclised antimicrobial peptide, with the N and C termini covalently linked together. The circular peptide backbone contributes to remarkable stability, conferring partial proteolytic resistance and structural integrity under a wide temperature and pH range. Here, we report the first crystal structure of a circular bacteriocin from a food grade Lactobacillus. The protein was crystallised using the hanging drop vapour diffusion method and the structure solved to a resolution of 1.8 Å. Sequence alignment against 18 previously characterised circular bacteriocins revealed the presence of conserved charged and aromatic residues. Alanine substitution mutagenesis validated the importance of these residues. Minimum inhibitory concentration analysis of these Ala mutants showed that Phe8Ala and Trp45Ala mutants displayed a 48- and 32-fold reduction in activity, compared to wild type. The Lys19Ala mutant displayed the weakest activity, with a 128-fold reduction. These experiments demonstrate the relative importance of aromatic and cationic residues for the antimicrobial activity of plantacyclin B21AG and by extension, other circular bacteriocins sharing these evolutionarily conserved residues.

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