Computer aided identification of a Hevein-like antimicrobial peptide of bell pepper leaves for biotechnological use
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Artigo de periódico
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Identificação assistida por computador de um peptídeo antimicrobiano semelhante à heveína em folhas de pimentão para uso biotecnológico
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Resumo
Contexto:
Peptídeos antimicrobianos de plantas apresentam mecanismos de ação diferentes dos agentes de defesa convencionais. Embora pouco explorados, possuem potencial como antimicrobianos comerciais. As folhas do pimentão ('Magali R'), descartadas após a colheita do fruto, são fontes de peptídeos bioativos. Este trabalho relata o isolamento, por meio de ferramentas peptidômicas, e a identificação e caracterização parcial, por meio de ferramentas computacionais, de um peptídeo antimicrobiano presente em folhas de pimentão, evidenciando a utilidade de registros e análises in silico para o estudo de peptídeos vegetais com vistas a aplicações biotecnológicas.
Resultados:
Extratos aquosos de folhas foram enriquecidos em peptídeos por fracionamento salino e ultrafiltração. Um peptídeo antimicrobiano foi isolado por procedimentos cromatográficos em tandem. Espectrometria de massa, sequenciamento automatizado de peptídeos e ferramentas de bioinformática foram utilizadas alternadamente para a identificação e caracterização parcial do peptídeo semelhante à heveína, denominado HEV-CANN. As ferramentas computacionais que auxiliaram na identificação do peptídeo incluíram BlastP, PSI-Blast, ClustalOmega, PeptideCutter e ProtParam; bancos de dados de proteínas convencionais como Mascot, Protein-DB, GenBank-DB, RefSeq, Swiss-Prot e UniProtKB; bancos de dados específicos para peptídeos como Amper, APD2, CAMP, LAMPs e PhytAMP; outras ferramentas incluídas no ExPASy para Proteômica; os Bancos de Dados de Peptídeos Bioativos e o Banco de Dados do Genoma da Pimenta. A sequência HEV-CANN apresentou 40 resíduos de aminoácidos, 4258,8 Da, valor de pI teórico de 8,78 e quatro ligações dissulfeto. Demonstrou-se estável e inibiu o crescimento de bactérias fitopatogênicas e de um fungo. A HEV-CANN apresentou um domínio de ligação à quitina em sua sequência. Houve alta identidade e alinhamento positivo da sequência HEV-CANN em diversos bancos de dados, porém não houve identidade completa, sugerindo que a HEV-CANN pode ser produzida por síntese ribossômica, o que está de acordo com sua natureza constitutiva.
Conclusões:
As ferramentas computacionais para proteômica e os bancos de dados não são otimizados para sequências curtas, o que dificultou a identificação de HEV-CANN. O ajuste de testes estatísticos em grandes bancos de dados de proteínas é uma alternativa para promover a identificação significativa de peptídeos. O desenvolvimento de bancos de dados específicos para peptídeos antimicrobianos de plantas, com informações sobre sequências peptídicas, dados genômicos funcionais, motivos estruturais e domínios de moléculas, domínios funcionais e interações peptídeo-biomolécula, é valioso e necessário.
Abstract
Background:
Antimicrobial peptides from plants present mechanisms of action that are different from those of conventional defense agents. They are under-explored but have a potential as commercial antimicrobials. Bell pepper leaves (‘Magali R’) are discarded after harvesting the fruit and are sources of bioactive peptides. This work reports the isolation by peptidomics tools, and the identification and partially characterization by computational tools of an antimicrobial peptide from bell pepper leaves, and evidences the usefulness of records and the in silico analysis for the study of plant peptides aiming biotechnological uses.
Results:
Aqueous extracts from leaves were enriched in peptide by salt fractionation and ultrafiltration. An antimicrobial peptide was isolated by tandem chromatographic procedures. Mass spectrometry, automated peptide sequencing and bioinformatics tools were used alternately for identification and partial characterization of the Hevein-like peptide, named HEV-CANN. The computational tools that assisted to the identification of the peptide included BlastP, PSI-Blast, ClustalOmega, PeptideCutter, and ProtParam; conventional protein databases (DB) as Mascot, Protein-DB, GenBank-DB, RefSeq, Swiss-Prot, and UniProtKB; specific for peptides DB as Amper, APD2, CAMP, LAMPs, and PhytAMP; other tools included in ExPASy for Proteomics; The Bioactive Peptide Databases, and The Pepper Genome Database. The HEV-CANN sequence presented 40 amino acid residues, 4258.8 Da, theoretical pI-value of 8.78, and four disulfide bonds. It was stable, and it has inhibited the growth of phytopathogenic bacteria and a fungus. HEV-CANN presented a chitin-binding domain in their sequence. There was a high identity and a positive alignment of HEV-CANN sequence in various databases, but there was not a complete identity, suggesting that HEV-CANN may be produced by ribosomal synthesis, which is in accordance with its constitutive nature.
Conclusions:
Computational tools for proteomics and databases are not adjusted for short sequences, which hampered HEV-CANN identification. The adjustment of statistical tests in large databases for proteins is an alternative to promote the significant identification of peptides. The development of specific DB for plant antimicrobial peptides, with information about peptide sequences, functional genomic data, structural motifs and domains of molecules, functional domains, and peptide-biomolecule interactions are valuable and necessary.
Assunto
Peptídeos antimicrobianos, Biotecnologia
Palavras-chave
Hevein-like, Antimicrobial peptide, Bell pepper, Plant defense, Peptidomics, Computational tools, Bioinformatics, Biotechnology
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https://link.springer.com/article/10.1186/s12864-016-3332-8