Super-Cationic peptides: insights on their antimicrobial action

Abstract

[eng] Bacteria have been to the human civilization a threat as well as an ally, since the beginning of time. The introduction of antibiotics into clinics to treat infections was one of the best medical achievements ever accomplished. However, the increase of antimicrobial resistance (AMR) as well as the failure to develop new antibiotics is a cause of much concern, and is essential to create new strategies of development in order to fight this global threat. Bacterial cell membranes are a key factor in the emergence and evolution of resistant bacteria, due to their capacity to interact with other organisms, the environment or both. Therefore, the study of the physical and chemical properties of biological membranes is essential to understand their role in resistance. One path to develop new strategies and create new antimicrobial agents to address the global threat of resistant bacteria is the synthesis of new compounds as an alternative therapy, like synthetic antimicrobial peptides (AMPs). In this context, the active exploration of peptides from the new AMP family, named the Super-Cationic peptide dendrimers (SCPDs) was carried out. HYPOTHESIS: The main hypothesis of this thesis is that synthetic peptides may have antimicrobial properties against clinical bacterial strains, and may provide weapons to treat infections caused by multidrug-resistant strains. A deep research of the mechanisms underlying antimicrobial action should be carried out. OBJECTIVES: The main objective of this thesis is to determine the antimicrobial properties of synthetic peptides from a new AMP family, SCPDs, specifically the peptide G1OLO-L2OL2. The secondary objectives of this thesis are divided in three parts: First, finding the eventual target and interactions those peptides may have with the bacteria, particularly its possible interaction with the bacterial cell membrane. Second, to determine the cytotoxicity these molecules may have over eukaryotic cells. And third, to observe the effect these molecules may have on the bacteria, the cell membranes and on artificial membranes by means of atomic force microscopy (AFM).

[spa] Las bacterias han sido desde el principio de los tiempos una amenaza y un aliado para la civilización humana. La introducción de los antibióticos en la clínica para tratar infecciones fue uno de los mejores logros médicos jamás logrados. No obstante, el aumento de las resistencias a los antimicrobianos, así como la falta de desarrollo de nuevos antibióticos es motivo de gran preocupación, y por ello es fundamental la creación de nuevas estrategias de desarrollo para combatir esta amenaza global. Las membranas celulares bacterianas son uno de los factores clave en la evolución de bacterias resistentes, debido a su capacidad para interactuar con otros organismos, el medio ambiente o ambos. Por lo tanto, el estudio de las propiedades físicas y químicas de las membranas biológicas es fundamental para comprender su papel en las resistencias. Un camino para desarrollar nuevas estrategias y crear nuevos agentes antimicrobianos para abordar la amenaza global de la resistencia bacteriana es la síntesis de nuevos compuestos como terapias alternativas, tal y como serían los péptidos antimicrobianos sintéticos (AMPs). En este contexto, se llevó a cabo la exploración de la actividad antimicrobiana de los péptidos de la nueva familia AMP, denominados Super-Cationic peptide dendrimers (SCPDs). HIPÓTESIS: La principal hipótesis de esta tesis es que los péptidos sintéticos pueden tener propiedades antimicrobianas contra cepas bacterianas clínicas y pueden proporcionar armas para tratar infecciones causadas por cepas multirresistentes. Se debe realizar una investigación profunda de los mecanismos que subyacen a la acción antimicrobiana. OBJETIVOS: El principal objetivo de esta tesis es determinar las propiedades antimicrobianas de los péptidos sintéticos de una nueva familia de AMP, conocida como SCPDs, concretamente del péptido G1OLO-L2OL2. El objetivo secundario de esta tesis se divide en tres partes: Primero, encontrar la posible diana y las interacciones que estos péptidos pueden tener con la bacteria, particularmente su posible interacción con la membrana celular bacteriana. Segundo, determinar el efecto citotóxico que estas moléculas pueden generar sobre células eucariotas. Y, en tercer lugar, observar el efecto que estas moléculas pueden tener sobre las bacterias, la membrana celular y las membranas artificiales mediante microscopía de fuerza atómica (AFM).