TP1和MS1抗菌肽的抗氧化、抑菌活性及其作用机制

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抗菌肽(Antimicrobial peptides,AMPs)是生物在长期进化过程中为顺应环境、求得生存而最早产生的免疫活性分子,是自然免疫的重要介质。本研究以Temporin-TP1和Temporin-MS1为研究对象,利用多种在线工具预测AMPs的生物活性评分、等电点、亲水指数、水溶性、三维结构等生物信息,测定其自身的自由基清除能力和对3种供试细菌的最小抑菌浓度(Minimum inhibitory concentration,MIC),通过扫描电子显微镜观察、电泳迁移率变动、膜通透性改变揭示Temporin-TP1和Temporin-MS1的抑菌机制。1、抗菌肽的生物信息学分析从AMPs数据库中检索AMPs的序列,采用固相合成法对其进行合成,获得纯度较高且与理论分子量一致的AMPs,可以进行下一步的实验。通过Expasy、Peptide Ranker、Innovagen、DPL、Toxin Pred、Pymol等多种在线工具对肽的生物活性评分、亲水性、水溶性、等电点、毒性和三维结构进行预测。预测结果表明本研究获得的AMPs均不具有毒性且Temporin-TP1、Temporin-MS1具有良好的水溶性,生物活性评分和亲水指数较高,且其结构上的LEU、VAL、TRP、MET、ALA、ILE、PHE为疏水性残基,大部分二级结构为无规则卷曲,未见α-螺旋和β-折叠。2、抗菌肽的抗氧化活性为了测试AMPs的抗氧化能力,本研究通过DPPH自由基清除能力法、ABTS自由基清除能力法、罗丹明B-Fe2+-H2O2光度测定法、邻苯三酚自氧化法分别测量了AMPs对DPPH、ABTS、·OH、O2-·自由基的清除能力。结果表明,Temporin-TP1对DPPH(33.46%)、ABTS(33.73%)、·OH(44.77%)、O2-·(33.34%)自由基有较好的清除能力,Temporin-MS1对DPPH(37.12%)、ABTS(15.55%)、·OH(52.39%)、O2-·(33.31%)自由基有一定的清除能力。3、抗菌肽的抑菌活性及作用机制通过抑菌圈法测定AMPs对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的抑菌活性,并确定其MIC浓度。从结果中可以看出,只有卡那霉素对大肠杆菌有抑菌效果,Temporin-TP1和Temporin-MS1在1024μM浓度下对大肠杆菌均没有抑菌作用。它们对大肠杆菌的MIC浓度均大于1024μM。Temporin-TP1对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌的MIC分别为256μM、16μM,Temporin-MS1对枯草芽孢杆菌的MIC为256μM。从电镜结果来看,在Temporin-TP1和Temporin-MS1处理的细菌细胞中观察到细胞膜损伤,如膜孔、变形和溶解,且Temporin-MS1对细菌的损伤比Temporin-TP1的损伤较轻微。DNA电泳迁移距离变动结果可知,Temporin-TP1和Temporin-MS1只有在浓度较高的情况下,细菌基因组DNA的电泳迁移才会被完全阻滞住,说明AMPs和细菌DNA的这种结合能力具有一定的浓度依赖性。细菌细胞膜的渗透率测定结果表明,与对照组相比,枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌菌体在0.5×MIC和MIC的Temporin-TP1下作用4 h后,细菌培养基的核酸及蛋白质含量均显著增加,枯草芽孢杆菌菌体在0.5×MIC和1×MIC的Temporin-MS1下作用6 h后,培养基中的核酸含量开始显著增加,蛋白质含量在作用4 h后开始显著增加。本文旨在通过对AMPs的抗氧化活性和抑菌活性进行研究,并探索可能发生的抑菌机制,理论上有助于加强对AMPs生物活性及其作用机制的认识,有助于食品抗氧化剂和抗菌剂的新型研发,在延长食品货架期方面具有很好的应用前景。
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