Studies on the effect of antimicrobial peptides conjugated with nanoparticles on pathogenic bacteria

Aninda Mazumdar

Doctoral thesis

Studie účinku antimikrobiálních peptidů konjugovaných s nanočásticemi na patogenní bakterie

Abstract:

Antimikrobiální peptidy (AMPs) mají svůj jedinečný způsob, jak kontrolovat a předcházet patogennímu růstu bakterií rezistentních na antibiotika a jeho infekci. Protože se rezistence na antibiotika stala hlavním problémem, vývoj alternativy k antibiotikům je nevyhnutelný. AMPs poskytují účinnou a nespecifickou obrannou aktivitu proti napadajícím patogenům. Jedním z nejznámějších mechanismů AMPs je zabít bakteriální buňky interakcí a narušením buněčné stěny způsobující únik cytoplazmického obsahu. Přesný mechanismus jejich antibakteriálních účinků však není dosud jednoznačně znám. Podobně jako protinádorové peptidy (ACPs) jsou AMPs se schopností zabíjet rakovinné buňky pomocí apoptózy nebo nekrotické cesty, nebo přes nějaký neznámý mechanismus, který bude objeven. Proto, aby se zabránilo bakteriálním infekcím a rakovině, může být použit AMPs. V současné studii, posloupnost AMPs bude navržena podle jejich specifické aktivity a snížené toxicity. Peptid bude syntetizován modrým liberty peptidovým syntetizátorem a charakterizován různými biofyzikálními technikami. Účinky peptidů budou studovány proti rezistentním patogenním bakteriím, které budou vybrány na základě jejich rezistence na antibiotika nebo léky a patogenitě. Minimální inhibiční koncentrace (MIC) AMPs bude zkoumána proti těmto rezistentním patogenním bakteriím. Zatímco nanočástice vykazují antimikrobiální aktivitu a pomáhají v konkrétním systému podávání léků, které pomáhají snížit dávkování léků původně potřebných. Proto, AMPs bude konjugován na nanočástice vytvořit nový AMPs nanokonjugát se zvýšenou antibakteriální aktivitou. Tyto konjugované výrobky budou charakterizovány různými biofyzikálními technikami a budou dále využívány ke studiu jejich aktivity proti multirezistentním patogenním bakteriím. Bude zkoušena toxicita a biokompatibilita AMPs a konjugátů. A konečně bude zkoumán mechanismus účinku. Protože rakovinné buňky mají několik podobností s buněčnou membránou bakteriálních buněk, tak AMPs nanokonjugát bude použit na různé nádorové buňky a studovat své protinádorové vlastnosti. Proto tato studie tak může pomoci vyvinout potenciální lék proti bakteriální infekci s některými vhodnými protinádorovými přípravky.

Abstract:

Antimicrobial peptides (AMPs) have its unique way to control and prevent antibiotic resistant pathogenic bacterial growth and its infection. As antibiotic resistant has become a major issue, the development of alternative to antibiotics is inevitable. AMPs provide effective and non-specific defensive activity against invading pathogens. One of the most known mechanisms of AMPs is to kill bacterial cells by interacting and disrupting the cell wall causing leakage of cytoplasmic content. However, the exact mechanism of their antibacterial effects is not clearly understood yet. Similarly, anticancer peptides (ACPs) are AMPs with the ability to kill the cancer cells by apoptosis or necrotic pathway or through some unknown mechanism yet to be discovered. Thus, to prevent bacterial infections and cancers AMPs can be used. In the present study, the sequence of the AMPs will be designed according to their specific activity and reduced toxicity. The peptide will be synthesized using a Liberty Blue peptide synthesizer and characterized using different biophysical techniques. The effect of peptides will be studied against antibiotic resistant pathogenic bacteria which will be selected based on their resistance toward antibiotics or drugs and pathogenicity. The minimal inhibitory concentration (MIC) of the AMPs will be studied against these resistant pathogenic bacteria. Whereas, nanoparticles show antimicrobial activity and helps in specific drug delivery system which help to reduce the dosage of drugs initially needed. Therefore, the AMPs will be conjugated to a nanoparticle to form a novel AMPs nanoconjugate with increase antibacterial activity. These conjugated products will be characterized using different biophysical techniques and further used to study its activity against those multi drug resistant pathogenic bacteria. The toxicity and biocompatibility of the AMPs and conjugates will be tested. Finally, the mechanism of action will be studied. As cancer cells have few similarities with the cell membrane of the bacterial cells so, the AMPs nanoconjugate will be applied on various cancer cells to study its anti-cancer properties. Thus, this study can help to develop a potential medicine against bacterial infection with some anticancer proper.

Keywords

infekce, antimikrobiální látky, nanočástice

Keywords

antibiotics, Antimicrobial peptides, pathogenic bacteria

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 3. 2020

Thesis defence

• Supervisor: prof. RNDr. Vojtěch Adam, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Doctoral programme / field:
Chemistry / Agricultural Chemistry