Investigação in silico da interação de peptídeos antimicrobianos análogos da Stigmurina com modelos de membranas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Oliveira, Igor Rafael Resende de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47532
Resumo: Stigmurin (Stig), a peptide originating from the venom of the scorpion Tityus Stigmurus, and its analogs (StigA8 and StigA18), are effective in previous in-vitro and in-vivo studies (Larvae of Mariposa Galleria Mellonella). With Stig showing antibacterial activity on Gram-positive bacteria and the analogs on both Gram-positive and Gram-negative. To investigate in detail the interaction of these peptides with different bacterial membranes and establish structural parameters to discuss the mechanism of action of these peptides, molecular dynamics (DM) simulations of Stig, StigA8, and StigA18 peptides were performed in Gram-positive membrane and Gram-negative membrane models.Systems with 1, 2, and 7 peptides were simulated to investigate the effect of peptide concentration on membrane disturbance. DM simulations were carried out using Groningen Machine for Chemical Simulations (Gromacs) 2018 software package. The perturbation and stability analyzes were performed with MEMPLUG (Membrane Thickness, Area by Lipid and Order Parameter). The intermolecular interaction energies were calculated as a function of the time between each peptide and the membrane, showing that there is a greater stabilization in the interactions of the analog peptides with bacterial membranes compared to Stig. Structural parameters, such as membrane fluidity and lipid area, were also evaluated. Analogous peptides caused greater disorder in the lipid tail of bacterial membranes than Stig, characterizing the greater perturbation effect caused by the analogs. Bacterial membranes underwent a slight increase in their surface area, due to the surface interaction and coupling to the membrane surface by the peptides. Finally, the simulations for the concentrated systems (7 peptides) showed the formation of the aggregates, and consequently, a greater local disturbance on the membranes, with drastic reductions in their thickness at the interaction region. The present work corroborates the experimental results and suggests that the mechanism of action of these peptides must be investigated by longer simulations, in concentrations that favor the formation of the aggregates.
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DM simulations were carried out using Groningen Machine for Chemical Simulations (Gromacs) 2018 software package. The perturbation and stability analyzes were performed with MEMPLUG (Membrane Thickness, Area by Lipid and Order Parameter). The intermolecular interaction energies were calculated as a function of the time between each peptide and the membrane, showing that there is a greater stabilization in the interactions of the analog peptides with bacterial membranes compared to Stig. Structural parameters, such as membrane fluidity and lipid area, were also evaluated. Analogous peptides caused greater disorder in the lipid tail of bacterial membranes than Stig, characterizing the greater perturbation effect caused by the analogs. Bacterial membranes underwent a slight increase in their surface area, due to the surface interaction and coupling to the membrane surface by the peptides. Finally, the simulations for the concentrated systems (7 peptides) showed the formation of the aggregates, and consequently, a greater local disturbance on the membranes, with drastic reductions in their thickness at the interaction region. The present work corroborates the experimental results and suggests that the mechanism of action of these peptides must be investigated by longer simulations, in concentrations that favor the formation of the aggregates.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA Stigmurina (Stig), peptídeo originário da peçonha do escorpião Tityus Stigmurus, e seus análogos (StigA8 e StigA18) se mostraram eficazes em estudos anteriores in-vitro e in-vivo (Larvas de Mariposa Galleria Mellonella). A Stig apresentando atividade antibacteriana sobre bactérias Gram-Positivas e os análogos em ambas, Gram-Positivas e Gram-Negativas. Com o objetivo de investigar detalhadamente a interação desses peptídeos com diferentes membranas bacterianas, a fim de estabelecer parâmetros estruturais para discutir o mecanismo de ação desses peptídeos, foram realizadas simulações de dinâmica molecular (DM) dos peptídeos Stig, StigA8 e StigA18 em modelos de membranas Gram-positivas e Gram-negativas. Sistemas com 1, 2 e 7 peptídeos foram simulados para investigar o efeito da concentração peptídica na perturbação das membranas. As simulações de DM foram realizadas usando o pacote de programas Groningen Machine for Chemical Simulations (Gromacs) 2018. As análises de perturbação e estabilidade foram realizadas com o MEMPLUG (Espessura da Membrana, Área por lipídios e Parâmetro de Ordem). As energias de interação intermolecular foram calculadas em função do tempo entre cada peptídeo e a membrana, mostrando que existe uma maior estabilização nas interações dos peptídeos análogos com as membranas bacterianas em comparação com a Stig. Parâmetros estruturais, como a fluidez da membrana e a área por lipídio, também foram avaliados. Os peptídeos análogos provocaram maior desordem na cauda lipídica das membranas bacterianas do que a Stig, caracterizando o maior efeito de perturbação causado pelos análogos. As membranas bacterianas sofreram um leve aumento em sua área superficial, o que se deu pela interação superficial e acoplamento na superfície da membrana por parte dos peptídeos. Por fim, das simulações para os sistemas concentrados (7 peptídeos) observou-se a formação de agregados, e consequentemente, uma maior perturbação local nas membranas, com drásticas reduções nas espessuras delas na região de interação. O presente trabalho corrobora os resultados experimentais e sugere que o mecanismo de ação desses peptídeos deve ser investigado por simulações mais longas, em concentrações que propiciem a formação de agregados.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICAVieira, Davi Serradellahttps://orcid.org/0000-0001-8353-6262http://lattes.cnpq.br/4185159774625471Silva, Sérgio Ruschi Bergamachihttp://lattes.cnpq.br/4598559457867912Fuzo, Carlos AlessandroAlbuquerque, Anderson dos Reishttp://lattes.cnpq.br/4983201442276288Oliveira, Igor Rafael Resende de2022-06-03T22:01:44Z2022-06-03T22:01:44Z2021-09-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfOLIVEIRA, Igor Rafael Resende de. Investigação in silico da interação de peptídeos antimicrobianos análogos da Stigmurina com modelos de membranas. 2021. 76f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47532info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2022-06-03T22:02:16Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/47532Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2022-06-03T22:02:16Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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