Étude: L’exploitation des microbiomes humains révèle une source inexploitée d’antibiotiques peptidiquesCrédit photo : nobeastsofierce / Shutterstock.com
Dans une étude récente publiée dans Celluleles chercheurs ont effectué une analyse informatique des métagénomes intestinaux humains pour identifier les molécules candidates ayant un potentiel antibiotique.
Sommaire
Découverte de nouvelles sources d’antibiotiques
La résistance aux antimicrobiens est un problème majeur de santé publique qui contribue à l'émergence de micro-organismes résistants aux médicaments, augmentant ainsi le risque d'infections nosocomiales. Les molécules peptidiques courtes, qui ont été proposées comme nouveaux médicaments antibactériens, sont constituées de résidus d'acides aminés de courte longueur, d'un vaste espace de séquence et de modes d'action non spécifiques.
Jusqu'à présent, peu de cas de résistance aux peptides antimicrobiens (PAM) ont été publiés, ce qui a conduit les chercheurs à s'intéresser de plus en plus à leurs applications cliniques potentielles. Plusieurs PAM, dont les plus courants sont la bacitracine, la colistine et la polymyxine B, ont déjà été approuvés avec succès pour une utilisation clinique.
Malgré les avantages et le succès des AMP, l’identification de nouveaux candidats AMP reste un défi en raison des processus chronophages impliqués dans ces expériences. De plus, bien que les avancées récentes dans le domaine de l’apprentissage automatique, des algorithmes génétiques et des algorithmes de reconnaissance de formes aient conduit au développement de nouveaux peptides, peu de ces approches ont impliqué l’exploration de protéomes et de métagénomes.
Le microbiome humain est constitué de nombreuses espèces de bactéries capables de freiner la croissance des agents pathogènes. En fait, des études récentes ont montré que le microbiome humain code des centaines de milliers de cadres de lecture ouverts de petite taille (smORF), dont peu ont été caractérisés. Il existe donc un potentiel énorme pour exploiter le microbiome humain afin d'identifier des séquences peptidiques inexplorées ayant une activité antimicrobienne.
À propos de l'étude
À l’aide de techniques informatiques, les chercheurs ont évalué les capacités antibactériennes de 444 054 peptides issus de 1 773 métagénomes humains répertoriés dans le Human Microbiome Project (HMP). Pour affiner la liste, 78 peptides ont été identifiés et évalués pour leur activité antibiotique contre plusieurs bactéries pathogènes et commensales intestinales hautement prioritaires in vitroaprès quoi cinq peptides ont été sélectionnés pour in vivo évaluation.
Le smORFinder a été utilisé pour identifier les gènes codant les protéines avec un niveau de confiance élevé. Les peptides antimicrobiens ont été sélectionnés en fonction des scores AmPEP élevés, de la représentation de la famille d'origine du peptide, de la composition efficace en acides aminés pour la synthèse chimique et de l'absence de clusters hydrophobes.
La base de données sur l'activité antimicrobienne et la structure des peptides (DBAASP) a été utilisée pour examiner les propriétés physicochimiques des peptides codés par smORF (SEP), y compris leurs mécanismes d'action, leurs structures secondaires et leur cytotoxicité.
La concentration minimale inhibitrice (CMI) de certains SEP a été identifiée pour évaluer leurs activités anti-infectieuses dans des modèles murins d'abcès cutanés et d'infections profondes de la cuisse en utilisant Bacillus vulgaris.
Le séquençage de l'acide ribonucléique (RNAseq) a été utilisé pour étudier la transcription de l'homologue de la prévotelline 2. Les contigs comprenant 323 SEP de la première liste ont été analysés à l'aide de BLASTn par rapport à la base de données de nucléotides RefSeq du National Center for Biotechnology Information (NCBI).
MetaProdigal a prédit 531 822 ORF dans les génomes hCom2, après quoi les chercheurs ont utilisé la base de données pour explorer les alignements moléculaires. L'efficacité antimicrobienne des SEP contre 11 souches pathogènes, dont les agents pathogènes ESKAPEE et 13 des membres les plus répandus du microbiote intestinal humain, a également été déterminée pour déterminer si ces peptides cibleraient les micro-organismes commensaux intestinaux.
Les structures secondaires des SEP actifs ont été analysées à l'aide de ColabFold et du dichroïsme circulaire pour déterminer si ces peptides pouvaient cibler collectivement les bactéries. Des expériences en damier sur des paires de SEP générées à partir de sites similaires ont également été réalisées pour déterminer l'indice de concentration inhibitrice fractionnelle (FICI) des interactions moléculaires. La capacité des SEP à perméabiliser la membrane externe des bactéries à Gram négatif en utilisant des tests au 1-(N-phénylamino)naphtalène (NPN) et au fluorophore 3,30-dipropylthiadicarbocyanine iodide (DiSC3-5).
Résultats de l'étude
Au total, 323 antimicrobiens candidats à base de peptides codés dans les smORF ont montré une activité antibactérienne significative contre des agents pathogènes thérapeutiquement pertinents in vitro et in vivo. In vitro71 % des 78 peptides codés par smORF synthétisés ont démontré une activité antibactérienne. Prevotellin-2, un succès majeur de Prévotella copria montré une activité antibactérienne équivalente à la polymyxine B in vivo.
Cinq SEP étaient très puissants contre A. baumannii Infection dans les modèles d'infection profonde de la cuisse et d'abcès cutané de souris, qui comprenaient la prévotelline-2, la fécalibacticine-3, la staphylococcine-2, la fusobacticine-2 et la kératinobacine-2. Les SEP, contrairement aux AMP et aux EP, ne perméabilisent pas les membranes externes des bactéries. Au contraire, ces peptides dépolarisent la membrane cytoplasmique bactérienne, un processus distinct des AMP et des EP classiques.
Les 323 SEP riches en méthionine présentaient moins de séquences hydrophobes à la périphérie ou dans des endroits peu peuplés, ce qui les distinguait des peptides tels que les AMP et les EP. Les SEP ont tendance à avoir une structure désordonnée, ce qui ne compromet pas leur action antibactérienne.
Conclusions
L'étude actuelle a identifié 323 peptides du microbiome humain, dont 71 % présentaient in vitro activité antibactérienne. La prévotelline-2, qui est apparue comme un candidat principal lors de in vitro et in vivo Des expériences ont montré une activité antibactérienne comparable à celle de la polymyxine B sans provoquer de toxicité significative.
Notre pipeline présente une plateforme pour la découverte d’antibiotiques peptidiques, y compris ceux qui pourraient épargner les commensaux.
