Antibacterial and Antiviral Properties of Chenopodin-Derived Synthetic Peptides

dc.creatorMarcia Lisbeth Feijoo Coronel
dc.creatorBruno Mendes
dc.creatorDavid Ramírez
dc.creatorCarlos Peña Varas
dc.creatorNina Espinosa de los Monteros-Silva
dc.creatorCarolina Proaño Bolaños
dc.creatorLeonardo Camilo de Oliveira
dc.creatorDiego Fernandes Lívio
dc.creatorJosé Antônio da Silva
dc.creatorJosé Maurício Schneedorf Ferreira da Silva
dc.creatorMarília Gabriella Alves Goulart Pereira
dc.creatorMarina Quádrio Raposo Branco Rodrigues
dc.creatorMauro Martins Teixeira
dc.creatorPaulo Afonso Granjeiro
dc.creatorKetan Patel
dc.creatorSakthivel Vaiyapuri
dc.creatorJosé Rafael de Almeida
dc.date.accessioned2026-04-29T21:26:30Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractAntimicrobial 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.doihttp://dx.doi.org/10.3390/antibiotics13010078
dc.identifier.issn2079-6382
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/2604
dc.languageInglêspt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.relation.ispartofAntibiotics
dc.rightsAcesso aberto
dc.subjectPeptídeos
dc.subjectAntibacterianos
dc.subjectAntivirais
dc.subjectChenopodium quinoa
dc.subjectProteínas de armazenamento de sementes
dc.subject.otherAntimicrobial
dc.subject.otherAntiviral
dc.subject.otherChenopodin
dc.subject.otherMembranolytic
dc.subject.otherQuinoa
dc.subject.otherSynthetic peptides
dc.titleAntibacterial and Antiviral Properties of Chenopodin-Derived Synthetic Peptides
dc.title.alternativePropriedades antibacterianas e antivirais de peptídeos sintéticos derivados da quenopodina
dc.typeArtigo de periódico
local.citation.epage19
local.citation.spage1
local.citation.volume13
local.description.resumoPeptídeos 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.countryBrasil
local.publisher.departmentICB - DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E IMUNOLOGIA
local.publisher.initialsUFMG
local.subject.cnpqCIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA
local.url.externahttps://www.mdpi.com/2079-6382/13/1/78

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