The effect of antimicrobial peptides on Saccharomyces cerevisiae and other yeast species

• Thesis title in Czech: Studium účinku antimikrobiálních peptidů na Saccharomyces cerevisiae a další druhy kvasinek
• Thesis title in English: The effect of antimicrobial peptides on Saccharomyces cerevisiae and other yeast species
• Key words: Antimikrobiální peptidy, Candida, infekce, antifungální aktivita, růst kvasinkových buněk, membránový potenciál, Galleria mellonella
• English key words: Antimicrobial peptides, Candida infection, antifungal activity, yeast growth, membrane potential, Galleria mellonella
• Academic year of topic announcement: 2015/2016
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Biochemistry (31-250)
• Supervisor: prof. RNDr. Petr Hodek, CSc.
• Author: hidden - assigned by the advisor
• Date of registration: 21.10.2015
• Date of assignment: 13.01.2016
• Date of electronic submission: 10.08.2018
• Date of proceeded defence: 03.09.2018
• Opponents: RNDr. Ivana Malcová, CSc.
• Advisors: RNDr. Hana Sychrová, DrSc.

Preliminary scope of work

Z důvodu nadměrného užívání antibiotik, antimykotik a dezinfekčních prostředků v posledních desetiletích, byla u patogenních mikroorganismů vyvinuta značná rezistence vůči těmto látkám. Kvasinky rodu Candida představují čtvrtého nejčastějšího původce kvasinkových infekcí u hospitalizovaných pacientů a pro 40% z nich jsou letální. Díky mechanismu účinku rozdílným od zmíněných současně užívaných antimykotik a antibiotik se antimikrobiální peptidy stávají slibnými kandidáty pro vývoj nových léčiv proti kvasinkovým a bakteriálním infekcím. Tato práce se zabývá peptidy izolovanými z divokých včel a jejich syntetickými analogy a identifikuje ty nejefektivnější v boji proti nejčastějším druhům kvasinek Candida a modelové kvasince Saccharomyces cerevisiae.
Byl testován a porovnáván antifungální efekt osmi peptidů v různých definovaných podmínkách. Za účelem identifikace případného synergistického působení antimikrobiálních peptidů a současně užívaných antimykotik byla zjišťována citlivost patogenních kvasinek k těmto konvenčním antifungálním látkám, peptidům, a k jejich kombinacím. Odpověď kvasinkových buněk na úrovni plasmatické membrány byla studována měřením relativního membránového potenciálu pomocí fluorescenční sondy (diS-C₃(3)). Hyperpolarizační efekt byl pozorován pro každý jednotlivý peptid.
Dále byla sledována aktivita antimikrobiálních peptid v přežívání kvasinkových buněk a vliv faktorů jako pH či koncentrace iontů v daném prostředí.
Pro vyšší úroveň testování in vivo byl zvolen modelový organismus Galleria mellonella, ukazující efektivitu peptidů při rozvoji kvasinkové infekce v tomto hostitelském organismu.

Preliminary scope of work in English

The increased use of antibiotics, antifungal agents and disinfectants in the last decades has resulted in development of microbial resistance to these drugs. Candida species are the fourth most common cause of hospital-acquired bloodstream infection and kill 40% of those patients. Natural antimicrobial peptides are promising candidates for the development of new agents to treat yeast and bacterial infections, as their presumed mechanism of action differs significantly from the mechanism of action of current drugs. This work is focused on several peptides isolated from the venom of wild bees and their synthetic analogues and the identification of the most effective ones against non-pathogenic Saccharomyces cerevisiae and several pathogenic Candida species.
Antifungal activity of eight cationic antimicrobial peptides was tested and compared under various conditions. The overall susceptibility of pathogenic yeast species to currently used antifungal drugs and the antimicrobial peptides was screened with the aim to identify potential synergistic and species-specific effects.
The effect of antimicrobial peptides on membrane potential was measured by a fluorescent probe (diS-C₃(3)), and the relative hyperpolarization of plasma membrane was shown for each peptide. The effect of antimicrobial peptides on yeast viability was established, depending on specific conditions, such as concentration of the peptides, pH or concentration of ions in the environment. In addition, the combination of antimicrobial peptides with conventional antifungal drugs was tested, and positive or negative effect of various combinations and different ratios of concentrations of the peptides to the drugs were demonstrated.
As an advanced level of testing of antimicrobial peptides, in vivo system was used to assess the efficiency under an interaction with an immune system. Larvae of Galleria mellonella were infected by the most drug-resistant yeast strains and treated by one selected peptide acting the best in the previous experiments.