Получение пептидного комплекса с антибактериальным эффектом из донорских лейкоцитов

Актуальность. На основе микробицидных белков создаются лекарственные антимикробные средства природного происхождения. К настоящему времени показано, что при воздействии ультразвука на лейкоциты при полном разрушении клетки образуются новые соединения — пептидные комплексы, обладающие иммунобиологической активностью. Цель — модернизация параметров влияния ультразвука на донорские лейкоциты для выделения отдельных полипептидных соединений, обладающих биологической активностью. Материал и методы. Новые лейкоцитарные белково-пептидные комплексы получали методом ультразвуковой обработки донорских лейкоцитов. Разделение пептидных комплексов осуществляли на хроматографических колонках Superdex 200 increase. Для изучения их использовали методы ВЭЖХ и инфракрасной спектроскопии. Метод ВЭЖХ реализовывали на хроматографе фирмы Knauer (Германия) с применением спектрофотометрического детектора аналитических длин волн 280 нм и 293 нм. Результаты. Установлено, что различная величина амплитуды ультразвуковых волн и различная продолжительность их воздействия способствуют получению сложных белковых комплексов. При определённых условиях (время обработки донорских лейкоцитов ультразвуком в течение 90 с, с амплитудой 60%, мощностью 50 Вт, частотой 30 кГц) возможно получение комплекса низкомолекулярных пептидов с молекулярной массой менее 6,5 кДа. Методом ИК-Фурье спектрометрии определено, что в состав полученного пептидного комплекса входят такие аминокислоты, как Thr, Ser, Phe, Tyr, His и Trp. Установлено, что данный комплекс обладает антибактериальной активностью. Выводы. Метод воздействия ультразвуком на донорские лейкоциты позволяет получить белковый комплекс с антибактериальной активностью.

1. Simonson A. W., Aronson M. R., Medina S. H. Supramolecular peptide assemblies as antimicrobial scaffolds. Molecules. 2020; 25 (12): 2751. doi: 3390/molecules25122751.

2. Mancuso G., Midiri A., Gerace E., Biondo C. Bacterial antibiotic resistance: the most critical pathogens. Pathogens. 2021; 10 (10): 1310. doi: 10.3390/pathogens10101310. PMID: 34684258; PMCID: PMC8541462.

3. Азимова В. Т., Потатуркина-Нестерова Н. И., Нестеров А. С. Эндогенные антимикробные пептиды человека. Современные проблемы науки и образования. 2015; 1: 1337.

4. Yan Y., Li Y., Zhang Z., Wang X., Niu Y., Zhang S., Xu W., Ren C. Advances of peptides for antibacterial applications. Colloids and Surfaces B: Bio-interfaces. 2021; 202: 111682. doi: 10.1016/j.colsurfb.2021.111682.

5. Zhang Q. Y., Yan Z. B., Meng Y. M., Hong X. Y., Shao G., Ma J. J. et al. Antimicrobial peptides: mechanism of action, activity and clinical potential. Mil Med Res. 2021; 8 (1): 48. doi: 10.1186/s40779-021-00343-2. PMID: 34496967; PMCID: PMC8425997.

6. Huan Y., Kong Q., Mou H., Yi H. Antimicrobial peptides: classification, design, application and research progress in multiple fields. Front Microbiol. 2020; 11: 582779. doi: 10.3389/fmicb.2020.582779. PMID: 33178164; PMCID: PMC7596191.

7. Moretta A., Scieuzo C., Petrone A. M., Salvia R., Manniello M. D., Franco A. et al. Antimicrobial peptides: a new hope in biomedical and pharmaceutical fields. Front Cell Infect Microbiol. 2021; 11: 668632. doi: 10.3389/fcimb.2021.668632.

8. Захарова О. И., Лискова Е. А., Михалева Т. В. Антибиотикорезистентность: эволюционные предпосылки, механизмы, последствия. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2018; 64 (3): 13–21.

9. Волков А. Г. Пептиды из сред организма человека. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2023; 26 (9): 37–42.

10. Dömer D., Walther T., Möller S., Behnen M., Laskay T. Neutrophil extra-cellular traps activate proinflammatory functions of human neutrophils. Front Immunol. 2021; 12: 636954. doi: 10.3389/fimmu.2021.636954.

11. Talapko J., Meštrović T., Juzbašić M., Tomas M., Erić S., Aleksijević H. L. et al. Antimicrobial peptides-mechanisms of action, antimicrobial effects and clinical applications. Antibiotics (Basel). 2022; 11 (10): 1417. doi: 10.3390/antibiotics11101417. PMID: 36290075; PMCID: PMC9598582.

12. Appiah C., Chen S., Pori A. I., Retyunskiy V., Tzeng C., Zhao Y. Study of alloferon, a novel immunomodulatory antimicrobial peptide (AMP), and its analogues. Front Pharmacol. 2024; 15: 1359261. doi: 10.3389/fphar.2024.1359261.

13. Sharma R., Shrivastava S., Kumar S. S., Kumar A., Saxena S., Kumar S. R. Deep-ABPpred: identifying antibacterial peptides in protein sequences using bidirectional LSTM with word2vec. Briefings in Bioinformatics. 2021; 22 (5): bbab065. doi: 10.1093/bib/bbab065.

14. Kundu R. Cationic amphiphilic peptides: Synthetic antimicrobial agents inspired by nature. Chem Med Chem. 2020; 15 (20): 1887–1896. doi: 10.1002/cmdc.202000301.

15. Habinshuti I., Mu T. H., Zhang M. Ultrasound microwave-assisted enzymatic production and characterisation of antioxidant peptides from sweet potato protein. Ultrason Sonochem. 2020; 69: 105262. doi: 10.1016/j.ultsonch.2020.105262.

16. Przystupski D., Ussowicz M. Landscape of cellular bioeffects triggered by ultrasound-induced sonoporation. Int J Mol Sci. 2022; 23 (19): 11222. doi: 10.3390/ijms231911222.

17. Волкова Л. В., Гришина Т. А., Волков А. Г. Метод фракционирования лейкоцитарных белков. Пат. РФ № 2737730; опубл. 02.12.2020.

18. Гришина Т. А. Разработка технологии и стандартизация лиофилизированной субстанции лейкоцитарного белково-пептидного комплекса. Автореферат дисс. канд. фарм. наук, Пермь 2021; 22.

19. Marchei E., Ferri M. A., Torrens M., Farré M., Pacifici R., Pichini S. et al. Ultra-high performance liquid chromatography-high resolution mass spectrometry and high-sensitivity gas chromatography-mass spectrometry screening of classic drugs and new psychoactive substances and metabolites in urine of consumers. Int J Mol Sci. 2021; 22 (8): 4000. doi: 10.3390/ijms22084000.

20. Волков А. Г., Безматерных И. С., Волкова Л. В. Эффективность антибактериального лейкоцитарного белково-пептидного комплекса на клинические штаммы микроорганизмов. Вестник ПНИПУ. Химические технологии и биотехнологии. 2022; 4: 17–25.

21. МУК 4.2.1890–04. Определение чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам: методические указания. Федерального центра Госсанэпиднадзора Минздрава России. М.: 2004; 91.

22. Zhu X., Yuan J., Chang R., Fan W. Crystallization inhibition and enhanced release of nobiletin in supramolecular peptide assemblies. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2024; 697: 134331. doi: 10.1016/j.colsurfa.2024.134331.

23. Jia J., Liu Q., Liu H., Yang C., Zhao Q., Xu Y. et al. Structure characterization and antioxidant activity of abalone visceral peptides-selenium in vitro. Food Chem. 2024; 433: 137398. doi: 10.1016/j.foodchem.2023.137398.

24. Волков А. Г., Кононова Л. И., Коробов В. П., Волкова Л. В. Изучение молекулярных параметров и антибактериальная активность пептидного препарата, полученного из лейкоцитов человека. Антибиотики и химиотер. 2023; 68 (9–10): 20–24. doi: https://doi.org/10.37489/0235-2990-2023-68-9-10-20-24.

25. Levy O., Weiss J., Zarember K., Eng Ooi Ch. Antibacterial 15-kDa protein isoforms (p15s) are members of a novel family of leukocyte proteins. J Biol Chem. 1993; 268 (8): 6058–6063. doi: 10.1016/S0021-9258(18)53425-6.

26. Lin X. W., Liu R. H., Wang S., Yang J. W., Tao N. P., Wang X. C. et al. Direct identification and quantitation of protein peptide powders based on multi-molecular infrared spectroscopy and multivariate data fusion. J Agric Food Chem. 2023; 71 (28): 10819–10829. doi: 10.1021/acs.jafc.3c01841.

27. Тен Г. Н., Герасименко А. Ю., Щербакова Н. Е., Баранов В. И. Интерпретация ИК и КР спектров альбумина. Известия Саратовского университета. Серия Физика. 2019; 19 (1): 43–57. doi: https://doi.org/10.18500/1817-3020-2019-19-1-43-57.

28. Gharehbeglou P., Sarabandi K., Akbarbaglu Z. Chitosan-coated nanoliposomes: exploring the impact on physicochemical properties, stability, antioxidant activity, and molecular characterization of chlorella-peptide fractions. Journal of Polymers and the Environment.2024; 32: 5387–5405. https://link.springer.com/article/10.1007/s10924-024-03313-6.

29. Kafle B., Böcker U., Wubshet S. G., Dankel K. Fourier-transform infrared spectroscopy for characterization of liquid protein solutions: A comparison of two sampling techniques. Vibrational Spectroscopy, 2024; 124: 103490. doi: 10.1016/j.vibspec.2022.103490.

30. Rutherford S. H., Baker M. J., Hunt N. T. 2D-IR spectroscopy of proteins in H2O — a perspective. J Chem Phes. 2023; 158 (3): 030901. doi: 10.1063/5.0129480.

31. Lorenz-Fonfria V. A. Infrared difference spectroscopy of proteins: from bands to bonds. Chem Rev. 2020; 120 (7): 3466–3576. doi: 10.1021/acs.chemrev.9b00449.

32. Bruggeman M., Ijakipour H., Stamboulis A. Defensin-like peptides and their antimicrobial activity in free-form and immobilized on material surfaces. Open Access Peer-Reviewed Chapter. 2019; 18. doi: 10.5772/intechopen.85508.

33. Buccini D. F., Cardoso M. H., Franco O. L. Antimicrobial peptides and cell-penetrating peptides for treating intracellular bacterial infections. Front Cell Infect Microbiol. 2021; 10: 612931. doi: 10.3389/fcimb.2020. 612931. PMID: 33614528; PMCID: PMC7892433.

34. Makhlynets O. V., Caputo G. A. Characteristics and therapeutic applications of antimicrobial peptides. Biophys Rev. 2021; 2 (1): 011301. doi: 10.1063/5.0035731.

35. Ferdowsi S., Abbasi-Malati Z., Pourfathollah A. A. Leukocyte reduction filters as an alternative source of peripheral blood leukocytes for research. Hemathol Transfus Cell Ther. 2021; 43 (4): 494–498. doi: 10.1016/j.htct.2020.10.963.

36. Buccini D. F., Cardoso M. H., Franco O. L. Antimicrobial peptides and cell-penetrating peptides for treating intracellular bacterial infections. Front Cell Infect Microbiol. 2021; 10: 612931. doi: 10.3389/fcimb.2020.612931. PMID: 33614528; PMCID: PMC7892433.

37. Zhai Y.-J., Feng Y., Ma X., Ma F. Defensins: defenders of human reproductive health. Hum Reprod Update. 2023; 29 (1): 126–154. doi: 10.1093/humupd/dmac032.

38. Minns D., Smith K. J., Alessandrini V. The neutrophil antimicrobial peptide cathelicidin promotes Th17 differentiation. Nat Commun. 2021; 12 (1): 1285. doi: 10.1038/s41467-021-21533-5.

39. Zdziennicka J., Szponder T., Latalski M., Żylińska B., Sobczyńska-Rak A., Wessely-Szponder J. The influence of autologous and heterologous extract of antimicrobial peptides on leukocytes isolated during titanium implant insertion in rabbit and ovine model. Engineering of Biomaterials. 2021; 24 (159). doi: 10.34821/eng.biomat.159.2021.24-30.