Vplyv chirality a ďalších zmien v štruktúre syntetických peptidomimetík na ich membránovú aktivitu a antimikrobiálne účinky

• Název práce v jazyce práce (slovenština): Vplyv chirality a ďalších zmien v štruktúre syntetických peptidomimetík na ich membránovú aktivitu a antimikrobiálne účinky
• Název práce v češtině: Vliv chirality a dalších změn ve struktuře syntetických peptidomimetik na jejich membránovou aktivitu a antimikrobiální účinky
• Název v anglickém jazyce: The influence of chirality and other changes in the structure of synthetic peptidomimetics on their membrane activity and antimicrobial effects
• Klíčová slova: peptidomimetika, chiralita, antimikrobiální, membrána, permeabilizace
• Klíčová slova anglicky: peptidomimetics, chirality, antimicrobial, membrane, permeabilization
• Akademický rok vypsání: 2024/2025
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: slovenština
• Ústav: Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Tereza Čaban, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 19.11.2024
• Datum zadání: 20.11.2024
• Datum potvrzení stud. oddělením: 27.01.2025

Předběžná náplň práce

Syntetická peptidometika - Lipofosfonoxiny (LPPO) jsou membránově aktivní antimikrobiální látky, které již prošly mnohaletým vývojem. První generace LPPO byla aktivní proti grampozitivním bakteriím [1], [2], zatímco druhá generace již vykazovala aktivitu i proti gramnegativním bakteriím [3]. Zatím poslední čtvrtá generace lipofosfonoxinů, nazývaná též LEGO-LPPO se ukázala být velice slibná[4]. Modularita těchto látek zajišťuje relativně snadnou záměnu jejich jednotlivých modulů a umožňuje tak provádět strukturně-aktivitní studie, které napomáhají k pochopení jednotlivých modulů LPPO a jejich celkové funkce[5]. Čtvrtá generace LPPO (LEGO-LPPO) se skládá z několika modulů, 1) polárního modulu, 2) hydrofobního modulu a 3) konektorového modulu, který je pak propojen s druhou identickou jednotkou pomocí tzv. spojovacího modulu. Zrcadlová symetričnost této generace zároveň zajišťuje její chiralitu. Obecně tedy tato generace LPPO může být syntetizována v různých izomerních formách. Diplomová práce bude zaměřena na studium vlivu chirality LEGO-LPPO (LPPO IV) a dalších změn ve struktuře těchto látek (především na úrovni konektorového modulu) na jejich membránovou aktivitu a jejich antimikrobiální účinky. Práce se zaměří na porovnání nových generací LEGO-LPPO (tedy ze čtvrté generace LPPO) s původní první generací LEGO-LPPO. Membránová aktivita těchto látek bude studována, jak na bakteriích, tak pomocí zjednodušených membránových systémů s využitím fluorescenční spektroskopie. Bude stanovena minimální inhibiční koncentrace daných látek. Jejich permeabilizační aktivita bude stanovena pomocí propidium jodidové eseje. Dále bude využito měření s lipozomy, kdy bude stanovena schopnost látky způsobovat jejich lyzi pomocí fluorescenčních sond a bude provedeno měření na planárních lipidových membránách. Tato měření budou provedena na různém membránovém složení včetně využití speciálních fosfolipidů, které by měly napomoci odhalit míru vlivu chirality na aktivitu těchto látek.
[1]D. Rejmanet al., “Lipophosphonoxins: New Modular Molecular Structures with Significant Antibacterial Properties,”J. Med. Chem., vol. 54, no. 22, pp. 7884–7898, Nov. 2011, doi: 10.1021/jm2009343.
[2]N. Panovaet al., “Insights into the Mechanism of Action of Bactericidal Lipophosphonoxins,”PLOS ONE, vol. 10, no. 12, p. e0145918, 12 2015, doi: 10.1371/journal.pone.0145918.
[3]G. Seydlováet al., “Lipophosphonoxins II: Design, Synthesis, and Properties of Novel Broad Spectrum Antibacterial Agents,”J. Med. Chem., vol. 60, no. 14, pp. 6098–6118, Jul. 2017, doi: 10.1021/acs.jmedchem.7b00355.
[4]D. D. Do Phamet al., “LEGO-Lipophosphonoxins: A Novel Approach in Designing Membrane Targeting Antimicrobials,”J. Med. Chem., vol. 65, no. 14, pp. 10045–10078, Jul. 2022, doi: 10.1021/acs.jmedchem.2c00684.
[5]M. Dugić et al., “LEGO-lipophosphonoxins: length of hydrophobic module affects permeabilizing activity in target membranes of different phospholipid composition,”RSC Advances, vol. 14, no. 4, pp. 2745–2756, 2024, doi: 10.1039/D3RA07251G.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Synthetic peptidomics - Lipophosphonoxins (LPPOs) are membrane-active antimicrobials that have undergone many years of development. The first generation of LPPOs was active against Gram-positive bacteria [1], [2], while the second generation also showed activity against Gram-negative bacteria [3]. So far, the latest fourth generation of lipophosphonoxins, also called LEGO-LPPOs, has shown great promise[4]. The modularity of these substances ensures relatively easy interchangeability of their individual modules, thus enabling structure-activity studies that help to understand the individual LPPO modules and their overall function[5]. The fourth generation of LPPOs (LEGO-LPPOs) consists of several modules, 1) a polar module, 2) a hydrophobic module and 3) a connector module, which is then connected to a second identical unit by means of a so-called linking module. The mirror symmetry of this generation also ensures its chirality. In general, this generation of LPPOs can be synthesized in various isomeric forms. The thesis will focus on studying the influence of chirality of LEGO-LPPOs (LPPO IV) and other changes in the structure of these substances (primarily at the connector module level) on their membrane activity and their antimicrobial effects. The work will focus on comparing new generations of LEGO-LPPOs (i.e. from the fourth generation of LPPO) with the original first generation of LEGO-LPPOs. The membrane activity of these substances will be studied both on bacteria and using simplified membrane systems using fluorescence spectroscopy. The minimum inhibitory concentration of the given substances will be determined. Their permeabilization activity will be determined using the propidium iodide assay. Furthermore, measurements with liposomes will be used, when the ability of the substance to cause their lysis will be determined using fluorescent probes and measurements on planar lipid membranes will be performed. These measurements will be performed on various membrane compositions including the use of special phospholipids, which should help reveal the influence of chirality on the activity of these substances.
[1]D. Rejmanet al., “Lipophosphonoxins: New Modular Molecular Structures with Significant Antibacterial Properties,”J. Med. Chem., vol. 54, no. 22, pp. 7884–7898, Nov. 2011, doi: 10.1021/jm2009343.
[2]N. Panovaet al., “Insights into the Mechanism of Action of Bactericidal Lipophosphonoxins,”PLOS ONE, vol. 10, no. 12, p. e0145918, 12 2015, doi: 10.1371/journal.pone.0145918.
[3]G. Seydlováet al., “Lipophosphonoxins II: Design, Synthesis, and Properties of Novel Broad Spectrum Antibacterial Agents,”J. Med. Chem., vol. 60, no. 14, pp. 6098–6118, Jul. 2017, doi: 10.1021/acs.jmedchem.7b00355.
[4]D. D. Do Phamet al., “LEGO-Lipophosphonoxins: A Novel Approach in Designing Membrane Targeting Antimicrobials,”J. Med. Chem., vol. 65, no. 14, pp. 10045–10078, Jul. 2022, doi: 10.1021/acs.jmedchem.2c00684.
[5]M. Dugić et al., “LEGO-lipophosphonoxins: length of hydrophobic module affects permeabilizing activity in target membranes of different phospholipid composition,”RSC Advances, vol. 14, no. 4, pp. 2745–2756, 2024, doi: 10.1039/D3RA07251G.