Design and synthesis of short antimicrobial peptides for plant protection. Study of their mode of action

Abstract

Aquesta tesi doctoral està basada en el desenvolupament de nous agents antimicrobians derivats del pèptid híbrid cecropina A-melitina WKLFKKILKVL-NH2 (Pep3) que siguin sostenibles i útils per al control de malalties de plantes. Es van dissenyar i sintetitzar més de 133 anàlegs de Pep3 mitjançant química combinatòria. Es van obtenir anàlegs de Pep3 amb una elevada activitat contra fitopatògens i que presentaven baixa toxicitat. Els millors anàlegs van presentar eficàcies comparables amb pesticides de referència en la prevenció d'infeccions causades per fitopatògens. Es va estudiar el mecanisme d'acció de KKLFKKILKYL-NH2 (BP100) investigant la seva interacció amb models de membrana mitjançant tècniques espectroscòpiques. Es va observar la capacitat de BP100 a induir la permeabilització, la neutralització, i l'agregació de vesícules lipídiques aniòniques a una determinada concentració llindar. Es va deduir una equació que relaciona la CMI d'un pèptid antimicrobià amb la constant de partició i la concentració llindar en la membrana.

This PhD thesis focused on the development of new sustainable antimicrobial agents derived from the cecropin A-melittin hybrid antimicrobial peptide WKLFKKILKVL-NH2 (Pep3) for use in plant protection. A set of 133 Pep3 analogues were designed and synthetized using a combinatorial chemistry approach. Analogues of Pep 3 with high antimicrobial activity and low toxicity were obtained. The best of them were highly effective preventing infections of phytopathogens being not significantly different to conventional pesticides. Insights into the mode of action of KKLFKKILKYL-NH2 (BP100) were carried out by investigating its interaction with different model membrane systems using spectroscopic methodologies. BP100-induced vesicle permeabilization, membrane electroneutrality, and vesicle aggregation at a defined threshold concentration. Moreover, it was deduced an equation that correlates the MIC of an AMP with the partition constant and the threshold concentration in the membrane.This equation provides an easily prediction of in vivo antimicrobial activities from simple biophysical parameters.