| dc.description.abstract | Antibiotikareistens er et kritisk globalt helseproblem som truer effekten av antibiotika, som har vært viktige i behandlingen av bakterielle infeksjoner siden antibiotika ble oppdaget på begynnelsen av 1900-tallet. Det anslås at antimikrobiell resistens vil forårsake 10 millioner dødsfall årlig innen 2050, noe som gjør den til en av de største dødsårsakene på verdensbasis.
"DNA sliding clamps" er ringformede proteiner som omkranser DNA og spiller en avgjørende rolle i flere viktige cellulære prosesser, som DNA-replikasjon, ved å samhandle med ulike proteiner, inkludert alle DNA-polymerasene. Både β-clamp, som finnes i prokaryoter, og proliferating cell nuclear antigen (PCNA), som finnes i eukaryoter, har en C-terminal hydrofob lomme der interagerende proteiner binder seg under DNA-replikasjon og -reparasjon. Peptider som inneholder AlkB-homolog 2 PCNA-interagerende motiv (APIM) ble opprinnelig identifisert som et anti-kreftpeptid designet for å angripe PCNA og blokkere interaksjoner som hovedsakelig er involvert i stressrelaterte prosesser, uten å påvirke DNA-replikasjon i normale humane celler. Under utviklingen av APIM-peptidet ble det oppdaget at APIM også binder seg til β-clamp i bakterier. I bakterier hemmer denne interaksjonen både DNA-replikasjon og translesionsyntese (TLS). Et "β- clamp targeting" peptid, BTP-001, har tidligere blitt identifisert som et lovende alternativ til antibiotika på grunn av sine mange gunstige egenskaper. Studier har vist at langtidseksponering for BTP-001 ved subminimum inhiberende konsentrasjoner resulterer i minimal eller ingen resistensutvikling, noe som er en betydelig fordel sammenlignet med tradisjonelle antibiotika.
I denne masteroppgaven undersøkes ytterligere 25 andregenerasjons "β-clamp targeting" peptider som potensielle terapeutiske midler mot antibiotikaresistens. Flere av disse peptidene viste god antimikrobiell aktivitet mot både gram-negative (G-) og gram- positive (G+) bakterier, inkludert multiresistente stammer. Seks peptider viste lav MIC i både Escherichia coli og Staphylococcus aureus. Tre av disse peptidene viste spesielt effektiv antimikrobiell aktivitet i en bakteriell viability-analyse og time-kill-analyse. Analyser av resistensutvikling viste at flere peptider kunne inhibere resistensutvikling når de ble brukt i kombinasjon med antibiotikumet ciprofloxacin. Toksisitetsanalyser på humane cellelinjer, HaCaT og HEK, viste at peptidene hadde tolerable cytotoksiske effekter sammenlignet med BTP-001. I tillegg hadde flere peptider anti-krefteffekter på kreftcellelinjene JJN-3 og HeLa. Utvidede toksisitetsstudier viste at flere av peptidene ikke forårsaket betydelig skade på røde blodlegemer. En av variantene med effektive antimikrobielle egenskaper har en lavere toksisitetsprofil i både humane celler og på hemolyse, og ser derfor ut som en spesielt lovende kandidat.
Samlet sett viser masteroppgaven at flere 2. generasjons "β-clamp targeting" peptider har flere ønskelige egenskaper som gjør dem til et godt alternativ til antibiotika. En av variantene ser ut til å være spesielt lovende for videre utvikling. | |
| dc.description.abstract | Antimicrobial resistance (AMR) is a critical global health concern that threatens the efficacy of antibiotics, which have been important in treating bacterial infections since their discovery in the early 20th century. AMR is estimated to cause 10 million deaths annually by 2050, positioning it among the leading causes of mortality worldwide.
Sliding clamps are ring-shaped proteins that encircle DNA and play a crucial role in several essential cellular processes, such as DNA replication, by interacting with various proteins, including all DNA polymerases. The β-clamp, found in prokaryotes, and proliferating cell nuclear antigen (PCNA), found in eukaryotes, both possess a C-terminal hydrophobic pocket where interacting proteins, including DNA polymerases, bind during DNA replication and repair. Peptides containing the AlkB homologue 2 PCNA- interacting motif (APIM) were initially identified as an anti-cancer peptide designed to target PCNA and block interactions mainly involved in stress-related processes, without affecting DNA replication in human cells. During the development of the APIM-peptide, it was discovered that APIM also binds to the β-clamp in bacteria. In bacterial cells, this interaction inhibits both DNA replication and translesion synthesis (TLS). One β-clamp targeting peptide, BTP-001, has previously been identified as a promising alternative to antibiotics, due to its multiple beneficial properties. Studies have indicated that longterm exposure to BTP-001 at sub-minimum inhibitory concentrations (MICs) results in minimal or no resistance development, a significant advantage over traditional antibiotics.
In this thesis, 25 additional second-generation BTPs are investigated as potential therapeutic agents to address AMR. Several of these BTPs exhibited potent antimicrobial activity against both Gram-negative (G-) and Gram-positive (G+) bacteria, including multidrug-resistant (MDR) strains. Specifically, six BTPs demonstrated low MICs in both Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Three of these BTPs exhibited particularly effective antimicrobial activity in a bacterial viability assay and time-kill assay. Resistance development assays showed that several BTPs could inhibit the development of ciprofloxacin resistance. Toxicity assays on human cell lines, HaCaT and HEK, indicated that these peptides had tolerable cytotoxic effects compared to BTP-001, making them viable candidates for therapeutic applications. In addition, several BTPs had anti-cancerous effects on cancer cell lines JJN-3 and HeLa. Expanded toxicity studies showed that several BTPs did not cause high damage to red blood cells. In particular, one of the variants with effective antimicrobial properties has a lower toxicity profile in both cell viability assay and hemolysis and is therefore a particularly promising candidate.
Overall, the thesis demonstrates that several 2nd generation BTPs possess multiple desirable properties that make them a good alternative to antibiotics. One of the variants appears to be a particularly promising candidate for further development. | |