Optimization of methods for isolation and identification of peptides isolated from Hermetia illucens larvae

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background and Objectives: The development of resistance of microorganisms to existing antibacterial agents requires constant updating of existing drugs and research in the search for alternative sources of active substances. In recent years, the problem of the emergence of microorganisms resistant to all existing antimicrobial drugs has become systematic and requires significant attention from researchers to search for alternative sources of active substances. The main problem in the development of drugs based on antimicrobial peptides is the search for optimal solutions in the preparation of these substances. Therefore, optimization and search for methods of isolation, analysis and control of protein fractions of water-soluble peptides used for the subsequent development of antibacterial drugs based on them is an urgent task. Materials and Methods: Optimal conditions and methods have been selected for the preparative production of water-soluble peptides isolated from the biomass of Hermetia illucens larvae. Optimization and search of methods for isolation, analysis and control of protein fractions of these water-soluble peptides will ensure the accuracy of the results and obtain optimal amounts of protein fractions. Results: It has been found that the use of molecular sieves makes it possible to obtain a mixture of three peptides with a difference in chromatographic retention time of less than 1 minute, which has been confirmed by three parallel experiments on the isolation and purification of peptides. During HPLC it has been noted that protein fractions 1 and 2 have similar values and the first and third protein fractions have a smaller difference in retention time, which is why there is no complete separation of these chromatographic peaks. Comparison of the percentage of the area of the peptides obtained allows us to talk about the possibility of obtaining peptides of the same size from H. illucens larvae by HPLC, and in combination with DLS to obtain protein fractions with very similar physicochemical and physical characteristics, since this type of chromatography separates substances according to their size. Conclusion: The use of high-performance liquid chromatography makes it possible to establish the reproducibility of the method of isolation of antimicrobial peptides by cold extraction with water and further stages of protein purification, salting and molecular sieve chromatography, which, in correlation with DLS analysis, makes it possible to reliably identify the peptides obtained, and the developed technology of isolation and purification makes it possible to produce these proteins on an industrial scale at low cost.

About the authors

Olga Sergeevna Larionova

Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N. I. Vavilov

4 zd. 3 str. Petra Stolypina prosp., Saratov 410012, Russia

Yaroslav Borisovech Drevko

Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N. I. Vavilov

4 zd. 3 str. Petra Stolypina prosp., Saratov 410012, Russia

Nikolay D. Tychinin

Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N. I. Vavilov

ORCID iD: 0009-0001-5620-4550
4 zd. 3 str. Petra Stolypina prosp., Saratov 410012, Russia

Lyubov S. Krylova

Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov

ORCID iD: 0000-0002-5140-3008
Saratov, Teatralnaya square,1, 410003

Boris I. Drevko

Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov

ORCID iD: 0000-0002-7025-1097
Scopus Author ID: 6507706328
ResearcherId: A-8492-2019
Saratov, Teatralnaya square,1, 410003

Sergey Vasilievich Larionov

Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N. I. Vavilov

ORCID iD: 0000-0001-5024-161X
Scopus Author ID: 57198203780
ResearcherId: E-2048-2014
4 zd. 3 str. Petra Stolypina prosp., Saratov 410012, Russia

References

  1. Wright G. D. QA Antibiotic resistance where does it come from and what can we do about it // BMC Biology. 2010. Vol. 8. P. 123. https://doi.org/10.1186/1741-7007-8-123
  2. Arias C. A., Murray B. E. Emergence and management of drug-resistant enterococcal infections // Expert Rev. Anti. Infect. Ther. 2008. Vol. 6, № 5. P. 637–655. https://doi.org/10.1586/14787210.6.5.637
  3. Martens E., Demain A. L. The antibiotic resistance crisis, with a focus on the United States // J. Antibiot. 2017. Vol. 70, № 5. P. 520–526. https://doi.org/10.1038/ja.2017.30
  4. Payne D. J., Gwynn M. N., Holmes D. J., Pompliano D. L. Drugs for bad bugs: Confronting the challenges of antibacterial discovery // Nat. Rev. Drug Discov. 2007. Vol. 6. P. 29–40. https://doi.org/10.1038/nrd2201
  5. Tommasi R., Brown D. G., Walkup G. K., Manchester J. I., Miller A. A. ESKAPEing the labyrinth of antibacterial discovery // Nat. Rev. Drug Discov. 2015. Vol. 14. P. 529–542. https://doi.org/10.1038/nrd4572
  6. Manniello D., Moretta A., Salvia R., Scieuzo C., Lucchetti D., Vogel H., Sgambato A., Falabella P. Insect antimicrobial peptides: Potential weapons to counteract the antibiotic resistance // Cel. Mol. Life Sci. 2021. Vol. 78, № 9. P. 4259–4282. https://doi.org/10.1007/s00018-021-03784-z
  7. Lu H. L., Leger R. S. Insect immunity to Entomopathogenic fungi // Adv. Genet. 2016. Vol. 94. P. 251–285. https://doi.org/10.1016/bs.adgen.2015.11.002
  8. Hultmark D., Steiner H., Rasmuson T., Boman H. G. Insect immunity. Purification and properties of three inducible bactericidal proteins from hemolymph of immunized pupae of Hyalophora cecropia // Eur. J. Biochem. 1980. Vol. 106. P. 7–16. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1980.tb05991
  9. Ursic-Bedoya R., Buchhop J., Joy J. B., Durvasula R., Lowenberger C. Prolixicin: A novel antimicrobial peptide isolated from Rhodnius prolixus with differential activity against bacteria and Trypanosoma cruzi // Insect Mol. Biol. 2011. Vol. 20. P. 775–786. https://doi.org/10.1111/j.1365-2583.2011.01107
  10. Vilcinskas A. Anti-infective therapeutics from the Lepidopteran model host Galleria mellonella // Curr. Pharm. Des. 2011. Vol. 17. P. 1240–1245. https://doi.org/10.2174/138161211795703799
  11. Vonkavaara M., Pavel S. T. I., Hölzl K., Nordfelth R., Sjöstedt A., Stöven S. Francisella is sensitive to insect antimicrobial peptides // J. Innate Immun. 2013. Vol. 5. P. 50–59. https://doi.org/10.1159/000342468
  12. Kruse T., Kristensen H. H. Using antimicrobial host defense peptides as anti-infective and immunomodulatory agents // Expert Rev. Anti. Infect. Ther. 2008. Vol. 6, № 6. P. 887–895. https://doi.org/10.1586/14787210.6.6.887
  13. Chernysh S., Kim S. I., Bekker G., Pleskach V. A., Filatova N. A., Anikin V. B., Platonov V. G., Bulet P. Antiviral and antitumor peptides from insects // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002. Vol. 99. P. 12628–12632. https://doi.org/10.1073/pnas.192301899
  14. Thomas S., Andrews A. M., Hay N. P., Bourgoise S. The anti-microbial activity of maggot secretions: Results of a preliminary study // J. Tissue Viability. 1999. Vol. 9, № 4. P. 127–132. https://doi.org/10.1016/s0965-206x(99)80032-1
  15. Bexfield A., Nigam Y., Thomas S., Ratcliffe N. A. Detection and partial characterization of two antibacterial factors from the excretions/secretions of the medicinal maggot Lucilia sericata and their activity against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) // Microbes Infect. 2004. Vol. 6, № 14. P. 1297–1304. https://doi.org/10.1016/j.micinf.2004.08.011
  16. Huberman L., Gollop N., Mumcuoglu K. Y., Block C., Galun R. Antibacterial properties of whole-body extracts and haemoloymph of Lucilia sericata maggots // J. Wound Care. 2007. Vol. 16, № 3. P. 123–127. https://doi.org/10.12968/jowc.2007.16.3.27011
  17. Jaklic D., Lapanje A., Zupancic K., Smrke D., Gunde-Cimerman N. Selective antimicrobial activity of maggots against pathogenic bacteria // J. Med. Microbiol. 2008. Vol. 57 (Pt. 5). P. 617–625. https://doi.org/10.1099/jmm.0.47515-0
  18. Arora S., Lim C. S., Baptista C. Antibacterial activity of Lucilia cuprina maggot extracts and its extraction techniques // Int. J. Integr. Biol. 2010. Vol. 9, № 1. P. 43–48.
  19. Arora S., Baptista C., Lim C. S. Maggot metabolites and their combinatory effects with antibiotic on Staphylococcus aureus // Ann. Clin. Microbiol. Antimicrob. 2011. Vol. 10, № 6. P. 1–8. https://doi.org/10.1186/1476-0711-10-6
  20. Barnes K. M., Gennard D. E., Dixon R. A. An assessment of the antibacterial activity in larval excretion/secretion of four species of insects recorded in association with corpses, using Lucilia sericata Meigen as the marker species // Bull. Entomol. Res. 2010. Vol. 100, № 6. P. 635–640. https://doi.org/10.1017/S000748530999071X
  21. Masiero F. S., Aquino M. F. K., Nassu M. P., Pereira D. I. B., Leite D. S., Thyssen P. J. First record of larval secretions of Cochliomyia macellaria (Fabricius, 1775) (Diptera: Calliphoridae) inhibiting the growth of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa // Neotrop. Entomol. 2017. Vol. 46, № 1. P. 125–129. https://doi.org/10.1007/s13744-016-0444-4
  22. El-Bassiony G. M., Stoffolano J. G. In vitro antimicrobial activity of maggot excretions/secretions of Sarcophaga (Liopygia) argyrostoma (Robineau-Desvoidy) // Afr. J. Microbiol. Res. 2016. Vol. 10, № 27. P. 1036–1043. https://doi.org/10.5897/AJMR2016.8102
  23. Швайцер М., Грин Б. Э., Сигалл К. И., Лоджи Д. Баркон ньютрасайнс корп. Получение растворимого изолята белка канолы. Патент № 2475036 C2 РФ, МПК A23J 1/14, A23J 3/14 ; № 2011105041/10 ; Заявл. 10.07.09 ; Опубл. 20.02.13, Бюл. 27. 23 с.
  24. Lowry O. H., Rosebrough N. J., Farr A. L., Randall R. J. Protein measurement with Folin phenol reagent // J. Biol. Chem. 1951. Vol. 193, № 1. P. 265–275.
  25. Ларионова О. С., Древко Я. Б., Ханадеев В. А., Горшунова С. В., Козлов Е. С., Ларионов С. В. Анализ белковых фракций водорастворимых пептидов методом динамического рассеяния света // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Физика. 2023. Т. 23, вып. 1. C. 37–45. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2023-23-1-37-45
  26. Hong P., Koza S., Bouvier E. S. P. A Review size-exclusion chromatography for the analysis of protein biotherapeutics and their aggregates // J. Liq. Chromatogr. RT. 2012. Vol. 35. P. 2923–2950. https://doi.org/10.1080/10826076.2012.743724
  27. Patten P. A., Schellekens H. The immunogenicity of biopharmaceuticals: Lessons learned and consequences for protein drug development // Dev. Biol. (Basel). 2003. Vol. 112. P. 81–97.
  28. Rosenberg A. S. Effects of protein aggregates: An immunologic perspective // AAPS J. 2006. Vol. 8. P. 501–507. https://doi.org/10.1208/aapsj080359
  29. Philo J. S. A critical review of methods for size characterization of non-particulate protein aggregates // Curr. Pharm. Biotechnol. 2009. Vol. 10. P. 359–372. https://doi.org/10.2174/138920109788488815
  30. Striegel A., Yau W. W., Kirkland J. J., Bly D. D. Modern size-exclusion liquid chromatography: Practice of gel permeation and gel filtration chromatography. 2nd ed. New York : Wiley, 2009. 512 p.
  31. Wu C. S. Handbook of size-exclusion chromatography and related techniques. New York : Marcel Dekker, 2003. 720 p.
  32. Хлебцов Б. Н., Пылаев Т. Е., Ханадеев В. А., Хлебцов Н. Г. Применение спектроскопии поглощения и динамического рассеяния света в исследованиях систем золотых наночастиц + ДНК // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Физика. 2017. Т. 17, вып. 3. С. 136–149. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2017-17-3-136-149

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».