Antimicrobial activity, stability, cytotoxicity and mechanism of action determination of antimicrobial peptide against Bacillus cereus improved by cyclization
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
บทคัดย่อ
เชื้อบาซิลลัส ซีเรียส เป็นเชื้อแบคทีเรียก่อโรคในระบบทางเดินอาหารที่สามารถสร้างสปอร์และสารพิษที่ทนต่อความร้อนได้ และมีอัตราการดื้อต่อยาปฏิชีวนะและสารต้านจุลชีพสูงขึ้นในปัจจุบัน เปปไทด์ต้านจุลชีพเป็นสารอีกกลุ่มหนึ่งที่มีศักยภาพในการพัฒนาเป็นสารต้านจุลชีพชนิดใหม่ เนื่องจากมีฤทธิ์ทางชีวภาพที่หลากหลาย สามารถต้านเชื้อแบคทีเรียได้อย่างวงกว้างและก่อให้เกิดการดื้อยาต่ำ อย่างไรก็ตาม เปปไทด์ต้านจุลชีพเหล่านี้ยังมีข้อจำกัดในเรื่องความคงทนต่อเอนไซม์ เกลือ ความร้อน รวมถึงความเป็นพิษ หนึ่งในกระบวนการเพิ่มความคงทนและลดข้อจำกัดเหล่านี้ของเปปไทด์ต้านจุลชีพ ได้แก่ การปรับปรุงโครงสร้างของเปปไทด์ต้านจุลชีพด้วยเทคนิค cyclization การวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียและความคงทนของเปปไทด์ต้านจุลชีพที่ปรับปรุงด้วยเทคนิค cyclization หรือ cyclic PA รวมถึงการศึกษาความเป็นพิษและกลไกการออกฤทธิ์ของ เปปไทด์ ผลการศึกษาฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียด้วยวิธี broth microdilution พบว่า เปปไทด์ cyclic PA มีฤทธิ์เทียบเท่ากับเปปไทด์ดั้งเดิมหรือเปปไทด์ PA โดยมีค่า MIC และ MBC ต่อเชื้อบาซิลลัส ซีเรียส สายพันธุ์ ATCC11778 เท่ากับ 7.81 µg/mL จากการศึกษาความคงทนของเปปไทด์ในสภาวะต่างๆ พบว่าเปปไทด์ทั้งสองชนิดมีความคงทนต่อความร้อนถึง 100 °C อย่างไรก็ตาม เปปไทด์ cyclic PA มีความคงทนต่อการย่อยด้วยเอนไซม์เปปซินและการแย่งจับของประจุของเกลือมากกว่าเปปไทด์ PA นอกจากนี้ เปปไทด์ cyclic PA ไม่แสดงความเป็นพิษต่อเซลล์อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติในทุกความเข้มข้นที่ทดสอบ ในขณะที่เปปไทด์ PA แสดงความเป็นพิษต่อเซลล์อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ความเข้มข้น 31.25 µg/mL เป็นต้นไป เมื่อศึกษากลไกการออกฤทธิ์ของเปปไทด์ด้วยวิธี flow cytometry พบว่า เปปไทด์ PA และ cyclic PA สามารถทำลายเชื้อแบคทีเรียได้โดยทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์ (depolarization) และการเสียหายของเยื่อหุ้มเซลล์ (permeabilization) เท่ากับ 97.89 ± 2.73% และ 99.50 ± 0.56% ที่ความเข้มข้น MIC ตามลำดับ จากผลการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่า การปรับปรุงเปปไทด์ต้านจุลชีพด้วยเทคนิค cyclization สามารถเพิ่มความคงทนและลดความเป็นพิษของเปปไทด์ต้านจุลชีพได้ ซึ่งเปปไทด์ cyclic PA ที่ได้จากงานวิจัยนี้มีฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียที่ดี มีความคงทนต่อเอนไซม์เปปซิน เกลือ ความร้อน และมีความเป็นพิษต่ำ แสดงถึงคุณสมบัติที่เหมาะสมในการนำไปพัฒนาต่อเป็นสารต้านจุลชีพชนิดใหม่ได้ในอนาคต
คำสำคัญ: เปปไทด์ต้านจุลชีพ, cyclization, ความคงทน, ความเป็นพิษต่อเซลล์, กลไกการออกฤทธิ์
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
ความคิดเห็นและข้อเสนอแนะใดๆ ที่นำเสนอในบทความเป็นของผู้เขียนแต่เพียงผู้เดียว โดยบรรณาธิการ กองบรรณาธิการ และคณะกรรมการวารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยปทุมธานี ไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องแต่อย่างใด มหาวิทยาลัย บรรณาธิการ และกองบรรณาธิการจะไม่รับผิดชอบต่อข้อผิดพลาดหรือผลที่เกิดจากการใช้ข้อมูลที่ปรากฏในวารสารฉบับนี้
References
บรรณานุกรม
สมปอง คล้ายหนองสรวง. (2558). เปปไทด์ต้านจุลชีพในสัตว์เลื้อยคลาน. กรุงเทพฯ: อมรินทร์.
สถาบันอาหาร กระทรวงอุตสาหกรรม. (2565). จุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค: Bacillus cereus. 16 มิถุนายน 2565. http://fic.nfi.or.th/foodsafety/upload/damage/pdf/bacillus_cereus_2.pdf
สิริยากร แสนแก้ว, วันซุลกิฟลี หะยีตาเหร์, ธนัญญา ทิพย์อักษร และอรอุมา จันทร์เสถียร. (2564). การตรวจหาเชื้อ บาซิลลัส ซีเรียส ในน้ำพริกพร้อมบริโภค. การประชุมวิชาการระดับชาติ วิทยาลัยนครราชสีมา ครั้งที่ 8: สู่ชีวิตวิถีใหม่ ด้วยงานวิจัยทางสุขภาพและบริการ
สรศักดิ์ อินทรสูตร (2013). เปปไทด์ต้านจุลชีพ: โปรตีนจากธรรมชาติกับการประยุกต์ใช้เพื่อการรักษาโรคติดเชื้อในอนาคต. วารสารเทคนิคการแพทย์เชียงใหม่, 46, 2-14.
Andrews, J. M. (2001). Determination of minimum inhibitory concentrations. Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 48 Suppl 1, 5-16.
Aoki, W., & Ueda, M. (2013). Characterization of antimicrobial peptides toward the development of novel antibiotics. Pharmaceuticals (Basel), 6(8), 1055-1081.
Chou, S., Wang, J., Shang, L., Akhtar, M. U., Wang, Z., Shi, B., Shan, A. (2019). Short, symmetric-helical peptides have narrow-spectrum activity with low resistance potential and high selectivity. Biomaterials Science, 7(6), 2394-2409.
Friedrich, C., Scott, M. G., Karunaratne, N., Yan, H., & Hancock, R. E. (1999). Salt-resistant alpha-helical cationic antimicrobial peptides. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 43(7), 1542-1548.
Jia, F., Wang, J., Peng, J., Zhao, P., Kong, Z., Wang, K., Wang, R. (2017). D-amino acid substitution enhances the stability of antimicrobial peptide polybia-CP. Acta Biochimica et Biophysica Sinica, 49(10), 916-925.
Klubthawee, N., Adisakwattana, P., Hanpithakpong, W., Somsri, S., & Aunpad, R. (2020). A novel, rationally designed, hybrid antimicrobial peptide, inspired by cathelicidin and aurein, exhibits membrane-active mechanisms against Pseudomonas aeruginosa. Scientific reports, 10(1), 9117-9117.
Kotiranta, A., Lounatmaa, K., & Haapasalo, M. (2000). Epidemiology and pathogenesis of Bacillus cereus infections. Microbes and Infection, 2(2), 189-198.
Li, Y., Xiang, Q., Zhang, Q., Huang, Y., & Su, Z. (2012). Overview on the recent study of antimicrobial peptides: origins, functions, relative mechanisms and application. Peptides, 37(2), 207-215.
Molhoek, E. M., van Dijk, A., Veldhuizen, E. J., Haagsman, H. P., & Bikker, F. J. (2011). Improved proteolytic stability of chicken cathelicidin-2 derived peptides by D-amino acid substitutions and cyclization. Peptides, 32(5), 875-880.
Ong, Z. Y., Wiradharma, N., & Yang, Y. Y. (2014). Strategies employed in the design and optimization of synthetic antimicrobial peptide amphiphiles with enhanced therapeutic potentials. Advanced Drug Delivery Reviews, 78, 28-45.
Sornchuer, P., & Tiengtip, R. (2021). Prevalence, virulence genes, and antimicrobial resistance of Bacillus cereus isolated from foodstuffs in Pathum Thani Province, Thailand. Pharmaceutical Sciences Asia, 48, 194-203.
Steinberg, D. A., Hurst, M. A., Fujii, C. A., Kung, A. H., Ho, J. F., Cheng, F. C., Fiddes, J. C. (1997). Protegrin-1: a broad-spectrum, rapidly microbicidal peptide with in vivo activity. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 41(8), 1738-1742.
Sun, H. Q., Lu, X. M., & Gao, P. J. (2011). The Exploration of the Antibacterial Mechanism of FE(3+) against Bacteria. Brazilian journal of microbiology. Brazilian Society for Microbiology, 42(1), 410-414.
Xu, W., Zhu, X., Tan, T., Li, W., & Shan, A. (2014). Design of Embedded-Hybrid Antimicrobial Peptides with Enhanced Cell Selectivity and Anti-Biofilm Activity. PLOS ONE, 9(6), e98935.