همسانه‌سازی، بیان و بررسی اثر ضد میکروبی پپتید نوترکیب (CBD)2-DrsB1 بر میکروارگانیسم‌های بیماری‌زای انسانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

2 گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

3 گروه زراعت و اصلاح نباتات ، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

چکیده

زمینه و هدف: به دلیل افزایش مصرف آنتی‌بیوتیک‌ها و گسترش مقاومت‌های میکروبی، دستیابی به عوامل ضد میکروبی موثر جدید امری اجتناب ناپذیر است. یکی از راههای مقابله با طیف وسیعی از بیماری‌زاها، بیان پپتیدهای ضد میکروبی قوی است که بخشی از سیستم ایمنی ذاتی همه موجودات زنده محسوب می‌شوند. پپتید درماسپتین B1 یک پپتید کاتیونی قوی با اثرات ضد میکروبی بسیار بالا است.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه توالی کدکننده‌ پپتید درماسپتین B1 از قورباغه فیلومدوسا بایکالر به دو تکرار پشت سر هم از دمین اتصال به کیتین پروتئین Avr4 قارچ کلادوسپوریوم فلاوم متصل و سازه ژنی (CBD)2-DrsB1 پس از همسانه‌سازی در ریشه‌های موئین توتون بیان شد. بیان پپتید نوترکیب به کمک روش‌های مولکولی مورد تأیید قرار گرفت. اثرات ضد میکروبی این پپتید نوترکیب بر باکتری‌های اشریشیا کولای، سودوموناس آروژینوزا، استافیلوکوکوس اورئوس، انتروکوکوس فکالیس، باسیلوس سوبتیلیس در محیط آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که عصاره پروتئین کل از کلون‌های تراریخت ریشه‌های موئین، اثرات ضد میکروبی معنی‌داری (05/0>P) بر رشد باکتری‌های بیماری‌زا داشتند. نتایج تعیین شاخص MIC نشان داد که جهت بازدارندگی از رشد باکتری‌های گرم منفی غلظت دو برابری از پپتید نوترکیب (CBD)2-DrsB1 در مقایسه با باکتری‌های گرم مثبت مورد نیاز بود.
نتیجه‌گیری: شواهد این مطالعه نشان داد که بیان و تولید پپتید نوترکیب (CBD)2-DrsB1 در سیستم ریشه‌های موئین می‌تواند راهکاری جهت تولید یک داروی ضد میکروبی جدید باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Cloning, expression and antimicrobial activity of a recombinant (CBD)2-DrsB1 peptide against human microbial pathogens

نویسندگان [English]

  • Marzieh Varasteh Shams 1
  • Farhad Nazarian-Firouzabadi 2
  • Ahmad Ismaili 3
1 Agronomy and Plant Breeding Department, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad, Iran
2 Genetics and Plant Breeding group, Faculty of Agricultural, Lorestan University, Khorramabad, Iran
3 Agronomy and Plant Breeding Department, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad, Iran
چکیده [English]

New and effective antimicrobial agents are inevitable because of the increased use of antibiotics and spread of microbial resistance. The expression of antimicrobial peptides that are part of the inherent immune system of all organisms, is a novel approach of confronting a wide range of pathogens. Among the wide range of antimicrobial peptides, Dermaseptin B1 is a potent cationic peptide with strong antimicrobial activity. In this study, Dermaseptin B1 (DrsB1) coding sequence from Phyllomedusa bicolor frogs was fused to a tandem repeat of a chitin-binding domain (CBD) from Cladosporium fulvum Avr4 effector protein and expressed in tobacco Hairy Roots (HRs). The expression of recombinant (CBD)2-DrsB1 peptide was confirmed, using molecular methods and its antimicrobial activity was evaluated against Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis and Bacillus subtilis bacteria. The results of antimicrobial activity analysis demonstrated that the recombinant protein had a significant (P

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antimicrobial peptide
  • CBD
  • Dermaseptin B1
  • Human pathogenic bacteria
[1]. Roca I, Akova M, Baquero F, Carlet J, Cavaleri M, Coenen S, et al. The global threat of antimicrobial resistance: science for intervention. New microbes and new infections 2015; 6:22-9.
[2]. Lee S, Siddiqui R, Khan NA. Animals living in polluted environments are potential source of antimicrobials against infectious agents. Pathogens and global health 2012; 106(4): 218-23.
[3]. Holaskova E, Galuszka P, Frebort I, Oz MT. Antimicrobial peptide production and plant-based expression systems for medical and agricultural biotechnology. Biotechnol Adv 2015; 33(6 Pt 2): 1005-23.
[4]. Alpizar E, Dechamp E, Lapeyre-Montes F, Guilhaumon C, Bertrand B, Jourdan C, et al. Agrobacterium rhizogenes-transformed roots of coffee (Coffea arabica): conditions for long-term proliferation, and morphological and molecular characterization. Ann Bot 2008; 101(7): 929-40.
[5]. Zasloff M. Antimicrobial peptides of multicellular organisms. nature biotechnology 2002; 415: 389-95.
[6]. Li C, Blencke HM, Paulsen V, Haug T, Stensvag K. Powerful workhorses for antimicrobial peptide expression and characterization. Bioeng Bugs 2010; 1(3): 217-20.
[7]. Kuo Y-C, Tan C-C, Ku J-T, Hsu W-C, Su S-C, Lu C-A, et al. Improving Pharmaceutical Protein Production in Oryza sativa. International Journal of Molecular Sciences. 2013; 14(5): 8719-39.
[8]. Aleinein R, Schäfer H, Wink M. Rhizosecretion of the recombinant antimicrobial peptide ranalexin from transgenic tobacco hairy roots. RRJBS Phytopathol Gene Diseas 2015; 1: 45-55.
[9]. Moghadam A, Niazi A, Afsharifar A, Taghavi SM. Expression of a Recombinant Anti-HIV and Anti-Tumor Protein, MAP30, in Nicotiana tobacum Hairy Roots: A pH-Stable and Thermophilic Antimicrobial Protein. PLoS One 2016; 11(7): e0159653.
[10]. Carlín AP, Tafoya F, Alpuche Solís AG, Pérez-Molphe-Balch E. Effects of different culture media and conditions on biomass production of hairy root cultures in six Mexican cactus species. In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant 2015; 51(3): 332-9.
[11]. Fischer R, Stoger E, Schillberg S, Christou P, Twyman RM. Plant-based production of biopharmaceuticals. Curr Opin Plant Biol 2004; 7(2): 152-8.
[12]. Ron M, Kajala K, Pauluzzi G, Wang D, Reynoso MA, Zumstein K, et al. Hairy root transformation using Agrobacterium rhizogenes as a tool for exploring cell type-specific gene expression and function using tomato as a model. Plant physiology 2014; 166(2): 455-69.
[13]. Skosyrev VS, Rudenko NV, Yakhnin AV, Zagranichny VE, Popova LI, Zakharov MV, et al. EGFP as a fusion partner for the expression and organic extraction of small polypeptides. Protein Expression and Purification 2003; 27: 55-62.
[14]. Osusky M, Osuska L, Kay W, Misra S. Genetic modification of potato against microbial diseases: in vitro and in planta activity of a dermaseptin B1 derivative, MsrA2 .Theor Appl Genet 2005; 111(4): 711-22.
[15]. Mor A, Amiche M, Nicolas P. Structure, synthesis, and activity of dermaseptin b, a novel vertebrate defensive peptide from frog skin: relationship with adenoregulin. Biochemistry 1994; 33(21): 6642-50.
[16]. Mor A ,Nicolas P. The NH2-terminal a-Helical Domain 1-18 of Dermaseptin Is Responsible for Antimicrobial Activi. The Journalof Biological 1994; 269(3): 1934-9.
[17]. Alibakhshi A, . Nazarian-Firouzabadi, F,. Ismaili, A. Expression and antimicrobial activity analysis of a Dermaseptin B1 antibacterial peptide in tobacco hairy roots. Plant Protection (Scientific Journal of Agriculture) 2018; 41(3): 87-97.
[18]. Bollag DM, Rozycki MD, Edelstein SJ. Protein methods. A John Wiley-liss, Inc, New York 1996; second edition.
[19]. Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical biochemistry 1976; 72(1-2): 248-54.
[20]. Che YZ, Li YR, Zou HS, Zou LF, Zhang B, Chen GY. A novel antimicrobial protein for plant protection consisting of a Xanthomonas oryzae harpin and active domains of cecropin A and melittin. Microb Biotechnol 2011; 4(6): 777-93.
[21]. Wayne P. CLSI. Performance Standards for Antimicrobial Susceptibility Testing. 28th ed. CLSI supplement M100. Clinical and Laboratory Standards Institute 2018; 28th edition.
[22]. EUCAST. EUCAST. Terminology relating to methods for the determination of susceptibility of bacteria to antimicrobial agents. . Clinic Microbiol Infect 2000; 6: 503-8.
[23]. Chahardoli M, Fazeli A, Ghabooli M. Recombinant production of bovine Lactoferrin-derived antimicrobial peptide in tobacco hairy roots expression system. Plant Physiology and Biochemistry 2018; 123: 414-21.
[24]. Gaume A, Komarnytsky S, Borisjuk N, Raskin I. Rhizosecretion of recombinant proteins from plant hairy roots. Plant Cell Rep 2003; 21(12): 1188-93.
[25]. Ming L, Huang J-A. The antibacterial effects of antimicrobial peptides OP-145 against clinically isolated multi-resistant strains. Japanese journal of infectious diseases 2017; 70(6): 601-3.
همسانهسازی، بیان و بررسی اثر ضدمیکروبی پپتید نوترکیب...
277
دانشگاه علوم پزشکی سبزوار، مهر و آبان 7931 ، دورة 42 ، شمارة 2
[26]. Oyama LB, Crochet J-A, Edwards JE, Girdwood SE, Cookson AR, Fernandez-Fuentes N, et al. Buwchitin: A Ruminal Peptide with Antimicrobial Potential against Enterococcus faecalis. Frontiers in chemistry 2017; 5: 51.
[27]. Costa AA, Rossatto FCP, Medeiros AW. Evaluation antibacterial and antibioflm activity of the antimicrobial peptide P34 against Staphylococcus aureus and Enterococcus faecalis. An Acad Bras Cienc 2018; 90(1): 73-84.
[28]. Mor A, Hani K, Nicolas P. The vertebrate peptide antibiotics dermaseptins have overlapping structural features but target specific microorganisms. Journal of Biological Chemistry 1994; 269(50): 31635-41.
[29]. Nicolas P, El Amri C. The dermaseptin superfamily: a gene-based combinatorial library of antimicrobial peptides. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes 2009; 1788(8):1537-50.
[30]. Strahilevitz J, Mor A, Nicolas P, Shai Y. Spectrum of antimicrobial activity and assembly of dermaseptin-b and
its precursor form in phospholipid membranes. Biochemistry 1994; 33(36): 10951-60.
[31]. Friedrich CL, Moyles D, Beveridge TJ, Hancock RE. Antibacterial action of structurally diverse cationic peptides on gram-positive bacteria. Antimicrobial agents and chemotherapy 2000; 44(8): 2086-92.
[32]. Willmann R, Lajunen HM, Erbs G, Newman M-A, Kolb D, Tsuda K, et al. Arabidopsis lysin-motif proteins LYM1 LYM3 CERK1 mediate bacterial peptidoglycan sensing and immunity to bacterial infection. Proceedings of the National Academy of Sciences 2011; 108(49): 19824-29.
[33]. Wong JEMM., Alsarraf HMAB, Kaspersen JD, Pedersen JS, Stougaard J, Thirup S, et al. Cooperative binding of LysM domains determines the carbohydrate affinity of a bacterial endopeptidase protein. FEBS Journal 2013; 281 1196-208.
[34]. Svitil AL, Kirchman DL. A chitin-binding domain in a marine bacterial chitinase and other microbial chitinases: implications for the ecology and evolution of 1, 4-β-glycanases. Microbiology 1998; 144(5): 1299-308.
[35]. Basile A, Sorbo S, Giordano S, Lavitola A, Cobianchi RC. Antibacterial activity in Pleurochaete squarrosa extract (Bryophyta). International journal of antimicrobial agents 1998; 10(2): 169-72.
[36]. Schneewind O, Missiakas D. Lipoteichoic acids, phosphate-containing polymers in the envelope of gram-positive bacteria. Journal of bacteriology 2014; 196(6): 1133-42.