Antibacterial and Antiviral Properties of Chenopodin-Derived Synthetic Peptides
| dc.creator | Marcia Lisbeth Feijoo Coronel | |
| dc.creator | Bruno Mendes | |
| dc.creator | David Ramírez | |
| dc.creator | Carlos Peña Varas | |
| dc.creator | Nina Espinosa de los Monteros-Silva | |
| dc.creator | Carolina Proaño Bolaños | |
| dc.creator | Leonardo Camilo de Oliveira | |
| dc.creator | Diego Fernandes Lívio | |
| dc.creator | José Antônio da Silva | |
| dc.creator | José Maurício Schneedorf Ferreira da Silva | |
| dc.creator | Marília Gabriella Alves Goulart Pereira | |
| dc.creator | Marina Quádrio Raposo Branco Rodrigues | |
| dc.creator | Mauro Martins Teixeira | |
| dc.creator | Paulo Afonso Granjeiro | |
| dc.creator | Ketan Patel | |
| dc.creator | Sakthivel Vaiyapuri | |
| dc.creator | José Rafael de Almeida | |
| dc.date.accessioned | 2026-04-29T21:26:30Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.description.abstract | Antimicrobial peptides have been developed based on plant-derived molecular scaffolds for the treatment of infectious diseases. Chenopodin is an abundant seed storage protein in quinoa, an Andean plant with high nutritional and therapeutic properties. Here, we used computer- and physicochemical-based strategies and designed four peptides derived from the primary structure of Chenopodin. Two peptides reproduce natural fragments of 14 amino acids from Chenopodin, named Chen1 and Chen2, and two engineered peptides of the same length were designed based on the Chen1 sequence. The two amino acids of Chen1 containing amide side chains were replaced by arginine (ChenR) or tryptophan (ChenW) to generate engineered cationic and hydrophobic peptides. The evaluation of these 14-mer peptides on Staphylococcus aureus and Escherichia coli showed that Chen1 does not have antibacterial activity up to 512 µM against these strains, while other peptides exhibited antibacterial effects at lower concentrations. The chemical substitutions of glutamine and asparagine by amino acids with cationic or aromatic side chains significantly favoured their antibacterial effects. These peptides did not show significant hemolytic activity. The fluorescence microscopy analysis highlighted the membranolytic nature of Chenopodin-derived peptides. Using molecular dynamic simulations, we found that a pore is formed when multiple peptides are assembled in the membrane. Whereas, some of them form secondary structures when interacting with the membrane, allowing water translocations during the simulations. Finally, Chen2 and ChenR significantly reduced SARS-CoV-2 infection. These findings demonstrate that Chenopodin is a highly useful template for the design, engineering, and manufacturing of non-toxic, antibacterial, and antiviral peptides. | |
| dc.identifier.doi | http://dx.doi.org/10.3390/antibiotics13010078 | |
| dc.identifier.issn | 2079-6382 | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/1843/2604 | |
| dc.language | Inglês | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal de Minas Gerais | |
| dc.relation.ispartof | Antibiotics | |
| dc.rights | Acesso aberto | |
| dc.subject | Peptídeos | |
| dc.subject | Antibacterianos | |
| dc.subject | Antivirais | |
| dc.subject | Chenopodium quinoa | |
| dc.subject | Proteínas de armazenamento de sementes | |
| dc.subject.other | Antimicrobial | |
| dc.subject.other | Antiviral | |
| dc.subject.other | Chenopodin | |
| dc.subject.other | Membranolytic | |
| dc.subject.other | Quinoa | |
| dc.subject.other | Synthetic peptides | |
| dc.title | Antibacterial and Antiviral Properties of Chenopodin-Derived Synthetic Peptides | |
| dc.title.alternative | Propriedades antibacterianas e antivirais de peptídeos sintéticos derivados da quenopodina | |
| dc.type | Artigo de periódico | |
| local.citation.epage | 19 | |
| local.citation.spage | 1 | |
| local.citation.volume | 13 | |
| local.description.resumo | Peptídeos antimicrobianos têm sido desenvolvidos com base em estruturas moleculares derivadas de plantas para o tratamento de doenças infecciosas. A quenopodina é uma proteína de reserva abundante nas sementes da quinoa, uma planta andina com altas propriedades nutricionais e terapêuticas. Neste estudo, utilizamos estratégias computacionais e físico-químicas para projetar quatro peptídeos derivados da estrutura primária da quenopodina. Dois peptídeos reproduzem fragmentos naturais de 14 aminoácidos da quenopodina, denominados Chen1 e Chen2, e dois peptídeos modificados de mesmo comprimento foram projetados com base na sequência de Chen1. Os dois aminoácidos de Chen1 que contêm cadeias laterais amida foram substituídos por arginina (ChenR) ou triptofano (ChenW) para gerar peptídeos modificados catiônicos e hidrofóbicos. A avaliação desses peptídeos de 14 aminoácidos em Staphylococcus aureus e Escherichia coli mostrou que Chen1 não apresenta atividade antibacteriana até a concentração de 512 µM contra essas cepas, enquanto os outros peptídeos exibiram efeitos antibacterianos em concentrações mais baixas. As substituições químicas de glutamina e asparagina por aminoácidos com cadeias laterais catiônicas ou aromáticas favoreceram significativamente seus efeitos antibacterianos. Esses peptídeos não apresentaram atividade hemolítica significativa. A análise por microscopia de fluorescência destacou a natureza membranolítica dos peptídeos derivados da quenopodina. Utilizando simulações de dinâmica molecular, descobrimos que um poro se forma quando múltiplos peptídeos são montados na membrana. Além disso, alguns deles formam estruturas secundárias ao interagirem com a membrana, permitindo a translocação de água durante as simulações. Finalmente, Chen2 e ChenR reduziram significativamente a infecção por SARS-CoV-2. Essas descobertas demonstram que a quenopodina é um modelo altamente útil para o projeto, engenharia e fabricação de peptídeos não tóxicos com atividade antibacteriana e antiviral. | |
| local.publisher.country | Brasil | |
| local.publisher.department | ICB - DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E IMUNOLOGIA | |
| local.publisher.initials | UFMG | |
| local.subject.cnpq | CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA | |
| local.url.externa | https://www.mdpi.com/2079-6382/13/1/78 |
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