ES2333511B1 - Derivados polimerizables de peptidos lineales antimicrobianos. - Google Patents

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Abstract

Derivados polimerizables de péptidos lineales antimicrobianos.
En la presente invención se describen nuevos derivados polimerizables de péptidos lineales que confieren actividad antimicrobiana a los polímeros de los que forman parte. Los péptidos están formados por 11 aminoácidos, y tienen el grupo amino del aminoácido que constituye el extremo N-terminal funcionalizado con un grupo que incluye un doble enlace susceptible de polimerizar con otros monómeros insaturados. El aminoácido que constituye el extremo C-terminal de dichos péptidos está en forma de carboxamida. En la invención también se describe la preparación y la utilización de los mencionados derivados como monómeros apropiados para obtener polímeros con propiedades antimicrobianas. También se describe un procedimiento para preparar dichos polímeros y también a los polímeros obtenibles de acuerdo con dicho procedimiento.

Description

Derivados polimerizables de péptidos lineales antimicrobianos.
Campo de la técnica
La presente invención se refiere a derivados de péptidos lineales que pueden ser empleados para preparar polímeros con propiedades antimicrobianas.
Estado de la técnica anterior
Una gran cantidad de agentes antimicrobianos son ampliamente utilizados y producidos para aplicación en productos poliméricos, como por ejemplo plásticos, o pinturas que contienen resinas acrílicas, para eliminar microorganismos o inhibir el crecimiento de los mismos.
Existen varios métodos para conferir propiedades antimicrobianas a los polímeros, entre ellos se pueden mencionar: recubrir el polímero con un compuesto antimicrobiano apropiado; injertar un compuesto antimicrobiano en un polímero ya formado; preparar una solución o mezcla del polímero y el compuesto antimicrobiano, y formar el artículo por moldeo; o copolimerizar con un monómero que confiera propiedades antimicrobianas al polímero.
Las propiedades antimicrobianas de los polímeros pueden ser temporales o sustancialmente permanentes. En el primer caso, la eficacia se va reduciendo con el tiempo, mientras que en el segundo, las propiedades antimicrobianas persisten durante un plazo considerable de tiempo.
Entre los compuestos que se han empleado para conferir propiedades antimicrobianas a los polímeros se pueden citar:
1)
Metales como, por ejemplo, cobre, vanadio o plata como se describe en el artículo de Vojdani, et al., Potassium Sorbate Permeability of Methylcellulose and Hydroxypropylmethylcellulose Multi-layer films, J. Food Proc. Preserv., 1989,13, 417-430;
2)
Moléculas orgánicas como, por ejemplo, quitosano como se describe en el artículo de Lee et al., Wide-spectrum antimicrobial packaging materials incorporating nisin and chitosan in the coating, Packag. Technol. Sci. 2003, 16, 99-106;
3)
Grupos amino formados por radiación ultravioleta en la superficie del nilón, como se describe, por ejemplo, en el artículo de Paik et al., Antimicrobial activity of UV-irradiated nylon film for packaging applications, Packag. Technol. Sci., 1998, 11, 179-187; y
4)
Péptidos injertados en la superficie del polímero como se describe, por ejemplo, en el artículo de Appendini et al., Surface Modification of Poly(styrene) by the Attachment of an Antimicrobial Peptide, J. App. Pol. Sc., 2001, 81, 609-616.
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La plata es uno de los compuestos antimicrobianos más comunes debido a su baja toxicidad y a la facilidad de producción. Sin embargo, presenta el inconveniente de que la actividad antimicrobiana del polímero se va reduciendo a medida que se liberan los iones metálicos.
La incorporación de un compuesto antimicrobiano de forma permanente permite obtener polímeros con características antimicrobianas de larga duración.
Los péptidos han merecido la atención durante los últimos años porque algunos de ellos, aislados de la naturaleza, presentan propiedades antimicrobianas.
Los péptidos naturales antimicrobianos poseen pocas similitudes entre las secuencias de aminoácidos que los componen. Por ejemplo la magainina 1 es un péptido lineal de 23 aminoácidos que se encuentra en la piel de la rana Xenopus laevis, la cecropina A es también un péptido lineal formado por 37 aminoácidos que se encuentra en la hemolinfa de la mariposa Hyalophora cecropia, y la bombinina H5 es un péptido lineal de 21 aminoácidos que se encuentra en la piel de la rana Bombina variegata. Estos tres péptidos presentan diferencias sustanciales en las secuencias de aminoácidos que los definen.
Se ha observado que los péptidos de origen natural habitualmente tienen secuencias largas de aminoácidos, presentan una mala biodisponibilidad, y son susceptibles de la degradación por proteasas. Por ello, también se ha descrito la preparación de péptidos con secuencias más cortas, que contienen la combinación de fragmentos de péptidos de origen natural.
Por ejemplo, en Ali et al., Inhibition of Fungal and Bacterial Plant Pathogens by Synthetic Peptides: In Vitro Growth Inhibition, Interaction Between Peptides and Inhibition of Disease Progression, Mol. Plant-Microbe Interact., 2000, 13, 847-859 se describe un undecapéptido formado por fragmentos de los péptidos de origen natural cecropina A y melitina, que es activo frente a algunas bacterias patógenas de las plantas.
Otra aproximación para desarrollar nuevos compuestos antimicrobianos consiste en introducir modificaciones en péptidos de origen natural o derivados de ellos.
Por ejemplo en el artículo de Badosa et al., A library of linear undecapeptides with antibacterial activity against phytopathogenic bacteria, Peptides, 2007, 28, 2276-2285, y en la solicitud de patente ES-A-2262448 se describen undecapéptidos lineales con propiedades antimicrobianas frente a bacterias fitopatógenas como Erwinia amylovora, Xanthomonas vesicatoria, y Pseudomonas syringae.
En el estado de la técnica se han descrito polímeros que contienen péptidos antimicrobianos en su estructura.
Por ejemplo, en la solicitud de patente PCT WO-A-2004/056402 se describen lentes de contacto que contienen un recubrimiento estable de un péptido antimicrobiano formado por 29 residuos de aminoácidos. La unión se efectúa mediante enlaces covalentes del tipo éster o amida entre el péptido y el polímero que constituye las lentes de contacto.
En la solicitud de patente PCT WO-A-2005/019241 se describen oligopéptidos catiónicos y antimicrobianos que tienen puentes disulfuro y que se encuentran inmovilizados sobre polímeros por vía químico-física o covalentemente. En este último caso se describe la inmovilización sobre poliéster facilitada por compuestos que tienen el grupo carbodiimida, y sobre un polímero que contiene grupos oxirano que reacciona con grupos amino o sulfuro de los péptidos.
En la solicitud de patente PCT WO-A-2008/141326 se describen polímeros biodegradables del tipo poliéster, que tienen péptidos unidos covalentemente a través de grupos hidroxílicos terminales. Los péptidos, que pueden tener propiedades antimicrobianas, se liberan al medio a medida que el polímero se degrada.
En la solicitud de patente PCT WO-A-95/00547 se describen péptidos con 16 a 18 aminoácidos que presentan propiedades antimicrobianas. También se describe que un péptido se puede hacer reaccionar con el metacrilato de 2-isocianatoetilo y así obtener un monómero que se puede copolimerizar radicalariamente con otros monómeros insaturados. Alternativamente, se puede injertar el péptido funcionalizado al polímero por reacción con grupos amino o hidroxilo del mismo.
En el artículo de Haynie et al., Antimicrobial Activities of Amphiphilic Peptides Covalently Bonded to a Water-Insoluble Resin, Antimicrob. Agents Chemother., 1995, 39(2), 301-307, se describen péptidos derivados del péptido natural magainina 2 unidos covalentemente a una poliamida insoluble en agua a través de su extremo C-terminal mediante enlaces amida. En dicho artículo también se describe que la inmovilización de los péptidos en un soporte insoluble en agua restringe el rango de penetración del agente antimicrobiano en los loci que se encuentran en la pared bacteriana. También se describe que la orientación del péptido en la cadena lateral del polímero es importante, ya que un polímero que tiene el péptido antimicrobiano magainina 2 inmovilizado presenta actividad antimicrobiana, mientras que el polímero con el péptido que tenía la secuencia inversa de aminoácidos presenta una actividad antimicrobiana inferior en comparación con el de la secuencia normal.
A pesar de los diferentes desarrollos que se han descrito en el estado de la técnica, subsiste la necesidad de disponer de nuevos derivados de péptidos antimicrobianos fáciles de preparar y que sean apropiados para reaccionar con otros monómeros, para así obtener polímeros con propiedades antimicrobianas.
Objeto de la invención
Los autores de la presente invención han desarrollado nuevos derivados de péptidos lineales que resultan de fácil preparación y que se pueden emplear para preparar polímeros con propiedades antimicrobianas.
El objeto de la presente invención es proporcionar derivados de péptidos lineales antimicrobianos.
Forma también parte del objeto de la invención la utilización de dichos derivados para preparar polímeros con propiedades antimicrobianas.
También forma parte del objeto de la invención un procedimiento para preparar un polímero con propiedades antimicrobianas, y el polímero obtenible mediante dicho procedimiento.
Figuras
En la Figura 1 se representan los resultados del método cinético para la determinación de la actividad antimicrobiana de un gel de poliacrilamida que incluye en su estructura un derivado de los péptidos lineales de la invención. En abscisas se representan los intervalos de tiempo expresados en minutos en los que se extrajeron las muestras para ser analizadas, y en ordenadas se representan las unidades formadoras de colonias (UFC) por ml determinadas para cada tiempo. Las tres series de resultados corresponden al control positivo (marcador \ding{117}), al gel de poliacrilamida con el derivado de la invención (marcador \ding{115}) y al gel de poliacrilamida sin dicho derivado (marcador \ding{110}). Se puede observar en la figura que el gel que contiene el derivado de la invención presenta una reducción en el número de UFC/ml considerablemente superior al producido por el gel de poliacrilamida sin dicho derivado, y al del control
positivo.
En la Figura 2 se representan los resultados del ensayo para determinar la cinética de muerte de una suspensión de bacterias E. coli en contacto con un disco de gel de poliacrilamida que contiene en su estructura polimérica el derivado de la invención preparado en el Ejemplo 1. En abscisas se representa el tiempo en minutos, y en ordenadas se representa el número de bacterias viables expresado como el logaritmo en base 10 de las unidades formadoras de colonias por ml (log_{10} UFC/ml). De los resultados se puede extraer que los polímeros que contenían un 0,5% en peso sobre el peso total de monómeros o más de derivado de la invención, inhibían el crecimiento de las bacterias a corto plazo (180 minutos).
En la Figura 3 se representan también los resultados del mismo ensayo obtenidos hasta un período de dos días. En abscisas se representa el tiempo en horas, y en ordenadas se representa el número de bacterias viables expresado como el logaritmo en base 10 de las unidades formadoras de colonias por ml (log_{10} UFC/ml). De los resultados se puede extraer que los polímeros que contenían al menos un 0,5% en peso sobre el peso total de monómeros de derivado de la invención, inhibían el crecimiento de las bacterias también a largo plazo (48 horas).
En la Figura 4 se representa la velocidad de inactivación K_{d} obtenida en dicho ensayo para determinar la cinética de muerte en función del contenido en % en peso del derivado del Ejemplo 1 sobre la cantidad total de monómeros del gel de poliacrilamida. En abscisas se representa el contenido expresado en % peso del derivado de la invención sobre el peso total de monómeros del gel de acrilamida, y en ordenadas se representa la velocidad de inactivación K_{d} expresada en min^{-1}. Se puede observar que existe claramente mente una relación dosis-efecto y se aprecia una cinética de saturación, con valores óptimos por encima de 0,5%. También se puede observar que se produce un aumento considerable en la velocidad de inactivación al pasar del 0,1% en peso al 0,5% en peso de derivado de la
invención.
Descripción de la invención Derivados de los péptidos lineales
El objeto de la presente invención es proporcionar derivados de péptidos lineales antimicrobianos que responden a la fórmula general (I):
(I)X_{1}-X_{2}-Lys-Leu-Phe-Lys-Lys-Ile-Leu-Lys-X_{3}-Leu-NH_{2}
en donde
X_{1} es el grupo
1
X_{2} es Lys, Tyr, Leu, Phe, o Trp,
X_{3} es Lys, Tyr, Val, Phe, o Trp,
R^{1} es hidrógeno, o un grupo alquilo C_{1}-C_{4},
R^{2} es hidrógeno o metilo,
n es 0, 1, 2, 3, o 4, y
en donde los residuos de aminoácidos son de la serie L o D.
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Como se desprende de la fórmula general (I), los derivados de los péptidos lineales de la presente invención son derivados de péptidos que contienen un grupo polimerizable en el extremo N-terminal del péptido, y un grupo carboxamido en el extremo C-terminal.
Los grupos polimerizables son aquellos que incluyen un doble enlace susceptible de polimerizar radicalariamente con otros monómeros insaturados como, por ejemplo, ácido acrílico y sus esteres, ácido metacrilico y sus esteres, acrilamida, N,N'-metilen-bis-acrilamida, estireno, o vinil éster del ácido versático.
Preferiblemente el grupo polimerizable X_{1} se selecciona entre el grupo formado por acriloilo, metacriloilo, crotonoilo, 3-butenoilo, 4-pentenoilo, 3-pentenoilo, 5-hexenoilo, o 6-heptenoilo; y más preferiblemente el grupo polimerizables es acriloilo.
En la Tabla I se muestran los grupos polimerizables que se funcionalizan de forma preferida en el extremo
N-terminal:
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TABLA I
2
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Las abreviaturas empleadas para los aminoácidos en esta descripción siguen la normativa de la Comisión para la Nomenclatura Bioquímica de la IUPAC-IUB, según se describe en el libro Biochemical Nomenclature and Related Documents, 2nd edition, Portland Press, 1992, Londres [ISBN 1-85578-005-4].
\newpage
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En la Tabla II se presentan las abreviaturas aceptadas para los aminoácidos que figuran en esta descripción:
TABLA II
3
En esta descripción los péptidos que únicamente incluyen aminoácidos de la serie L, tienen los aminoácidos representados mediante la abreviatura de 3 letras. Así Leu significa L-leucina, Lys significa L-lisina, Ile significa L-isoleucina, Phe significa L-fenilalanina, Tyr significa L-tirosina, Trp significa L-triptófano, Val significa L-valina.
En esta descripción los péptidos que incluyen uno o más aminoácidos de la serie D, tienen los aminoácidos representados mediante la abreviatura de 1 letra, en donde los aminoácidos de la serie L se representan con una única letra mayúscula, y los aminoácidos de la serie D se representan mediante una única letra minúscula, negrita y subrayada. Así, I representa L-isoleucina, L representa L-leucina, K representa L-lisina, F representa L-fenilalanina, W representa L-triptófano, Y representa L-tirosina, V representa L-valina, k representa el aminoácido D-lisina, I el aminoácido D-leucina, la i, el aminoácido D-isoleucina, f el aminoácido D-fenilalanina, w el aminoácido D-triptófano, v el aminoácido D-tirosina, y v el aminoácido D-valina.
También de acuerdo con dicha normativa los péptidos se representan con las abreviaturas de los aminoácidos que los componen unidos por guiones, que representan los enlaces peptídicos. Así por ejemplo el péptido denominado glicilglicilglicina se simboliza como Gly-Gly-Gly. Esto requiere la modificación del símbolo Gly para la glicina, H_{2}N-CH_{2}-COOH, de tres formas distintas:
(i)
"Gly-" significa H_{2}N-CH_{2}-CO-
(ii)
"-Gly-" significa HN-CH_{2}-CO-, y
(iii)
"-Gly" significa HN-CH_{2}-COOH
Así, cuando el guión se coloca a la derecha del símbolo, caso (i), indica que se ha eliminado el grupo OH del grupo carboxílico del aminoácido, y cuando se coloca a la izquierda del símbolo, caso (iii), indica que se ha eliminado un átomo de hidrógeno del grupo amino del aminoácido; en el caso (ii) ambas modificaciones se aplican a un mismo símbolo.
El aminoácido Gly- constituye el extremo N-terminal del péptido, y el aminoácido -Gly constituye el extremo C-terminal del péptido.
Las estructuras de los derivados de los péptidos de la invención se definen de acuerdo con la fórmula general (I).
Preferiblemente los residuos de aminoácidos son de la serie L.
Otra forma de definir la estructura de los péptidos que sirven de base para preparar los derivados de la invención consiste en:
a)
emplear las secuencias de aminoácidos SEQ_ID_NO: 1 a SEQ_ID_NO: 25 para indicar los aminoácidos que forman el péptido,
b)
especificar la funcionalización que presenta en el extremo N-terminal del péptido, y
c)
especificar la funcionalización que presenta en el extremo C-terminal del péptido.
Como ya se ha indicado, todos los péptidos de la invención tienen el aminoácido que forma el extremo C-terminal en forma de carboxamida.
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Así pues, las secuencias de los péptidos que sirven de base para preparar los derivados de la invención se muestran en la Tabla III.
TABLA III
4
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Dichas secuencias fueron descritas ya en la solicitud de patente ES-A-2262448, y se refieren todas ellas a péptidos formados exclusivamente por residuos de aminoácidos de la serie L. En dicha solicitud de patente también se describen las propiedades antimicrobianas de dichos péptidos.
Resultan ser preferidos los derivados de los péptidos definidos por las secuencias SEQ_ID_NO: 1 a SEQ_ID_NO: 25, que tienen el aminoácido del extremo N-terminal funcionalizado con un grupo seleccionado entre el grupo formado por acriloilo, metacriloilo, crotonoilo, 3-butenoilo, 4-pentenoilo, 3-pentenoilo, 5-hexenoilo, y 6-heptenoilo, y el aminoácido del extremo C-terminal en forma de grupo carboxamida.
Resultan ser más preferidos los derivados de los péptidos definidos por las secuencias SEQ_ID_NO: 1 a
SEQ_ID_NO: 25, que tienen el aminoácido del extremo N-terminal funcionalizado con el grupo acriloilo, y el aminoácido del extremo C-terminal en forma de grupo carboxamida.
Dentro de este grupo, resulta especialmente preferido el derivado del péptido definido por la secuencia
SEQ_ID_NO: 6, que tiene el aminoácido del extremo N-terminal funcionalizado con el grupo acriloilo, y el aminoácido del extremo C-terminal en forma de grupo carboxamida. Dicho péptido tiene la estructura Acriloilo-Lys-Lys-Leu-Phe-Lys-Lys-Ile-Leu-Lys-Tyr-Leu-NH_{2}, correspondiente a la fórmula general (I) donde X_{1} es acriloilo, X_{2} es Lys, y X_{3} es Tyr.
Como se puede observar en los Ejemplos, los péptidos que sirven de base para preparar los derivados de la invención presentan un grado de degradación variable frente a proteasas, que puede oscilar entre el 50% y el 100 después de permanecer 45 minutos en contacto con dichos enzimas.
La incorporación de aminoácidos de la serie D en la estructura de dichos péptidos permite modular el grado de degradación de los mismos frente a proteasas. De esta forma se puede regular la resistencia de los péptidos a la degradación, siendo posible llegar a una degradación mínima, y así conseguir un efecto antimicrobiano más duradero.
En una realización particular los derivados de los péptidos lineales de la invención incluyen uno o más aminoácidos de la serie D en la secuencia de aminoácidos.
Sorprendentemente se ha comprobado que los derivados de los péptidos lineales de la invención pueden emplearse para preparar polímeros que presentan una actividad antimicrobiana, a pesar de que los péptidos inmovilizados pueden perder capacidad de penetración en los puntos activos situados en la membrana celular de las bacterias.
La inmovilización del péptido en la estructura del polímero presenta ventajas, ya que en general no es consumido por las bacterias y puede actuar repetidas veces, de este modo se necesita menos péptido para conseguir una determinada actividad antimicrobiana, y así es menos probable que los microorganismos desarrollen resistencia frente a dichos péptidos.
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Preparación de los derivados de los péptidos lineales
Los péptidos que constituyen la base de los derivados de la invención están formados por 11 aminoácidos que los hace apropiados para ser preparados empleando los procedimientos habituales de síntesis de péptidos en fase sólida, descritos por R.B. Merrifield, Solid Phase Peptide Synthesis. I. The Synthesis of a Tetrapeptide, J. Am. Chem. Soc., 1963, 85, 2149-2154.
Entre ellos se puede mencionar el que emplea como soporte sólido la resina 4-metilbencidrilamina (MBHA) funcionalizada con grupos amino. Sobre dicho soporte sólido se llevan a cabo las reacciones sucesivas de acoplamiento entre los diferentes aminoácidos que integran el péptido.
Dicho procedimiento es bien conocido por el experto en la materia y se encuentra descrito, por ejemplo, en S. A. Kates, F. Albericio Eds., Solid-Phase Synthesis. A practical guide, Marcel Dekker, New York, 2000 [ISBN: 0-8247-0359-6], o en K. Burguess Eds., Solid-Phase Organic Synthesis, Wiley, John & Sons, New York, 1999 [ISBN: 0471318256].
Cuando se emplea la resina MBHA como soporte sólido, habitualmente se incorpora a dicha resina un espaciador bifuncional sensible al medio ácido, que permite el desanclaje en condiciones suaves del péptido una vez sintetizado.
Por ejemplo un espaciador bifuncional apropiado es el Fmoc-Rink-Linker (número CAS: 145469-56-3) comercializado por la empresa Senn Chemicals (Suiza).
Dicho espaciador, una vez se ha unido a través de su grupo carboxílico al grupo amino de la resina MBHA, y se ha eliminado el grupo protector Fmoc, presenta un grupo amino libre que permite el anclaje de un aminoácido que tenga un grupo carboxílico libre.
En el mercado se puede adquirir la resina Fmoc-Rink-MBHA en la empresa Senn Chemicals, que ya tiene incorporado el espaciador mencionado.
Un procedimiento para la preparación de los péptidos de la invención puede ser por ejemplo el que se describe a continuación.
En dicho procedimiento se utiliza la química del grupo Fmoc (9-fluorenilmetoxicarbonilo) como protector del grupo \alpha-amino de los aminoácidos que se emplean para preparar los péptidos de la invención.
Para la protección de la cadena lateral de la lisina (Lys) y del triptófano (Trp) se ha empleado el grupo terc-butiloxicarbonilo (Boc). Para la protección de la cadena lateral de la tirosina (Tyr) se ha empleado el grupo terc-butilo (t-Bu).
En la primera etapa se procede a la eliminación del grupo protector Fmoc, presente en el grupo amino del espaciador bifuncional. A continuación se procede al anclaje del aminoácido leucina, que también tiene el grupo a-amino protegido por el grupo Fmoc.
Antes de proceder al nuevo acoplamiento se elimina el grupo protector Fmoc de la leucina anclada en la resina.
El ciclo de acoplamiento-desprotección se repite hasta completar la estructura del péptido.
La incorporación de los dos últimos aminoácidos del péptido se realiza habitualmente mediante 2 o 3 acoplamientos sucesivos con el fin de completar la reacción de acoplamiento del aminoácido con el péptido anclado en la resina.
La funcionalización del grupo amino en el extremo N-terminal se realiza una vez se ha desprotegido el grupo Fmoc del último aminoácido incorporado y manteniendo el péptido unido al soporte sólido. Para ello se puede emplear un cloruro de ácido, un anhídrido o un ácido apropiado, como por ejemplo ácido acrílico, cloruro de acriloilo, ácido metacrílico, cloruro de metacriloilo, ácido crotónico, cloruro de crotonoilo, ácido 3-butenoico, ácido 4-butenoico, ácido 3-pentenoico, ácido 4-pentenoico, cloruro de 4-pentenoilo, ácido 5-hexenoico, o ácido 6-heptenoico. En general se emplea un exceso de cloruro de acido, anhídrido o ácido con respecto al grupo amino, preferiblemente se emplean un exceso comprendido entre 5 y 50 equivalentes, más preferiblemente entre 10 y 30 equivalentes, y aún más preferiblemente entre 15 y 25 equivalentes.
La escisión del péptido del soporte sólido se realiza en condiciones ácidas, al mismo tiempo que se eliminan los grupos protectores de las cadenas laterales de los aminoácidos que forman el péptido.
Tras un proceso convencional de aislamiento, los péptidos de la invención se obtienen con una buena pureza, habitualmente superior al 90%, determinada por HPLC, en forma de sólidos pulverulentos, y se caracterizan por espectrometría de masas (ESI-MS).
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Polímeros con propiedades antimicrobianas
Forma parte del objeto de la invención la utilización de los derivados de los péptidos lineales de la invención para la preparación de polímeros con propiedades antimicrobianas.
Los derivados de péptidos lineales antimicrobianos de la invención tienen un grupo polimerizable que incluye un doble enlace susceptible de polimerizar con otros monómeros y por ello pueden emplearse para preparar polímeros con propiedades antimicrobianas.
También forma parte del objeto de la invención un procedimiento para preparar un polímero con propiedades antimicrobianas que comprende la polimerización de:
1)
un monómero seleccionado entre los derivados de péptidos lineales de la invención o mezclas de los mismos,
2)
un monómero seleccionado entre el grupo formado por ácido acrílico, sus esteres y amidas; ácido metacrílico sus esteres y amidas; estireno; y/o mezclas de los mismos, y eventualmente
3)
un monómero reticulante.
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También forma parte del objeto de la invención un polímero obtenible por dicho procedimiento.
Un monómero es una molécula de pequeña masa molecular que unida a otros monómeros, a veces cientos o miles, por medio de enlaces químicos, generalmente covalentes, forman macromoléculas llamadas polímeros.
Mediante el procedimiento de la invención el péptido antimicrobiano se convierte en una cadena lateral del polímero.
El componente 1) es un derivado de péptidos lineales de la invención o bien una mezcla de los mismos.
Resultan ser preferidos los derivados de los péptidos definidos por las secuencias SEQ_ID_NO: 1 a SEQ_ID_NO: 25, que tienen el aminoácido del extremo N-terminal funcionalizado con un grupo seleccionado entre el grupo formado por acriloilo, metacriloilo, crotonoilo, 3-butenoilo, 4-pentenoilo, 3-pentenoilo, 5-hexenoilo, y 6-heptenoilo, y el aminoácido del extremo C-terminal en forma de grupo carboxamida.
Resultan ser más preferidos los derivados de los péptidos definidos por las secuencias SEQ_ID_NO: 1 a
SEQ_ID_NO: 25, que tienen el aminoácido del extremo N-terminal funcionalizado con el grupo acriloilo, y el aminoácido del extremo C-terminal en forma de grupo carboxamida.
Dentro de este grupo, resulta especialmente preferido el derivado del péptido definido por la secuencia
SEQ_ID_NO: 6, que tiene el aminoácido del extremo N-terminal funcionalizado con el grupo acriloilo, y el aminoácido del extremo C-terminal en forma de grupo carboxamida.
El componente 2) es un monómero seleccionado entre el grupo formado por ácido acrílico, sus esteres y amidas; ácido metacrílico sus esteres y amidas; estireno; y/o mezclas de los mismos. Por ejemplo: ácido acrílico, acrilato de metilo, acrilato de butilo, acrilato de 2-etilhexilo, acrilato de hidroxietilo, acrilamida, ácido metacrílico, metacrilato de metilo, metacrilato de butilo, metacrilamida, o metacrilato de 2-etilhexilo.
Habitualmente el componente 2) es una mezcla de varios monómeros para así poder regular las propiedades del polímero como, por ejemplo, dureza, resistencia a la rotura, fragilidad, tenacidad, flexibilidad, elasticidad, ductilidad, o brillo.
El componente 3) es un monómero reticulante, es decir, tiene más de un grupo insaturado polimerizable, así puede establecer enlaces entre diferentes cadenas de polímero, y formar una red tridimensional. Entre los monómeros reticulantes se pueden mencionar por ejemplo: N,N'-metilen-bis-acrilamida; N,N'-(1,2-dihidroxietileno)-bis-acrilamida; diacrilato de etilenglicol; diacrilato de dietilenglicol; diacrilato de 1,6-hexanodiol; diacrilato de tetraetilenglicol; tetraacrilato de pentaeritrita; triacrilato de trimetilolpropano; dimetacrilato de etilenglicol; dimetacrilato de dietilenglicol; dimetacrilato de trietilenglicol; o divinilbenceno.
El contenido de componente 1) en el polímero está comprendido entre 0,5% y 10% con respecto al peso total de monómeros, preferiblemente entre 1% y 7%, más preferiblemente entre 2% y 5%.
El contenido de componente 2) en el polímero está comprendido entre 85% y 99% con respecto al peso total de monómeros, preferiblemente entre 89% y 98%, más preferiblemente entre 92% y 96%.
El contenido de componente 3), en el caso de estar presente, está comprendido entre 0,5% y 5% con respecto al peso total de monómeros, preferiblemente entre 1% y 4%, más preferiblemente entre 2% y 3%.
La polimerización de los componentes 1), 2), y eventualmente 3) se lleva a cabo siguiendo procedimientos bien conocidos por el experto en la materia, como por ejemplo la polimerización por adición, tal como se describe por ejemplo en el libro de S. F. Sun, Physical Chemistry of Macromolecules: Baisc Principles and Issues, 2nd edition, Wiley, 2004 [ISBN: 978-0-471-28138-2].
La polimerización por adición puede ser radicalaria, si es iniciada por radicales, o bien iónica si es iniciada por iones. En general, los polímeros de la invención se preparan por polimerización radicalaria.
Existen varias formas de llevar a cabo la polimerización radicalaria, entre las que se pueden mencionar:
a)
Polimerización en masa: síntesis sin disolvente,
b)
Polimerización en solución en un disolvente inerte,
c)
Polimerización en emulsión: por adición de un iniciador (por ejemplo persulfato amónico) a una emulsión de los monómeros insolubles en agua,
d)
Polimerización en suspensión: por adición de un iniciador a una suspensión acuosa de los monómeros, o
e)
Polimerización por precipitación: se emplea un disolvente para precipitar el polímero.
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Por ejemplo la polimerización se puede llevar a cabo entre la acrilamida, un derivado de la invención, N,N'-metilen-bis-acrilamida como agente reticulante, y persulfato amónico como iniciador, tal como se describe en el libro de S. Roe, Protein purification techniques: a practical approach, 2nd edition, Oxford University Press, 2001, [ISBN: 0199636737].
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Una vez se ha obtenido el polímero, se lava para eliminar los agentes químicos residuales, entre ellos eventuales trazas del derivado de la invención, y se puede esterilizar mediante radiación ultravioleta o tratamiento térmico.
En una realización preferida, los polímeros se esterilizan de forma efectiva, después de su lavado con agua, mediante un tratamiento térmico en estufa durante 20 minutos a 80ºC, comprobándose que en estas condiciones no se produce crecimiento de microorganismos cuando el polímero se trata con caldo de cultivo Luria-Bertani (LB) durante 2 h, se escurre y se deja incubar a 37ºC durante 24 h. Si los polímeros no se esterilizan, se ha observado el crecimiento de microorganismos debido a la contaminación ambiental cuando se incuban en caldo LB sin haber procedido a la inoculación de microorganismos.
Los polímeros con propiedades antimicrobianas de la invención pueden ser empleados en superficies donde la contaminación microbiana es un problema, como por ejemplo en envases para alimentos, semillas, vendajes para heridas, suturas, catéteres, membranas de diálisis, o filtros de agua. También son apropiados para la formulación de pinturas, ya que de esta forma se obtiene una película con propiedades antimicrobianas. Otra aplicación de dichos polímeros se encuentra en la preparación de implantes, y de nanopartículas poliméricas.
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Ensayos biológicos
La actividad antimicrobiana del polímero preparado con un derivado de los péptidos lineales de la invención frente a una bacteria patógena como E. coli se ha evaluado mediante la metodología de la detección del punto final, un método cinético, y la determinación de la inhibición del crecimiento de bacterias por parte de polímeros con diferentes contenidos de derivado de la invención.
Los ensayos biológicos se han realizado con el polímero preparado en el Ejemplo 2, que es un gel de poliacrilamida que contiene un derivado de péptido lineal antimicrobiano, y la actividad antimicrobiana se ha comparado con la de un polímero análogo que no incluía dicho derivado en su estructura.
En el método de la detección del punto final, se tomaron geles del polímero, previamente lavados dos veces en agua destilada y pasteurizados 20 min a 80ºC para eliminar posibles microorganismos contaminantes, y se colocaron piezas de cada uno de los geles en un caldo de cultivo LB durante 2 horas para que se empaparan con dicho caldo. A continuación se eliminó el exceso de líquido y se inocularon ambos geles con una suspensión de E. coli. Tras la incubación durante 24 h a 37ºC, se homogeneizaron ambos geles en peptona tamponada, se hicieron diluciones decimales seriadas del sobrenadante, y se sembraron alícuotas de las mismas en una placa de agar.
Tras la incubación durante 24 h a 37ºC, se contaron las colonias formadas en cada una de las placas y se calculó el número de unidades formadoras de colonias por ml (UFC/ml) del extracto y se determinó la cantidad total en cada gel. El gel de poliacrilamida que contenía el derivado del péptido lineal del Ejemplo 1 presentó un factor de reducción logarítmica de 4 en el crecimiento de las colonias de E. coli, con respecto al gel de poliacrilamida que no contenía dicho derivado.
Este ensayo confirmó las propiedades antimicrobianas del gel de poliacrilamida preparado con un derivado de los péptidos lineales de la invención.
En el método cinético los geles de poliacrilamida, previamente lavados dos veces en agua destilada y pasteurizados 20 min a 80ºC para eliminar posibles microorganismos contaminantes, se sumergieron en una suspensión de E. coli en caldo de cultivo LB.
A continuación se incubaron a 37ºC en agitación orbital y se extrajeron muestras de la suspensión a diferentes intervalos de tiempo, que fueron diluidas y las correspondientes alícuotas sembradas en placas de Petri con agar nutritivo para determinar la concentración de microorganismos después de incubar dichas placas durante 24 h a 37ºC.
En la Figura 1 se representan los resultados obtenidos a partir de dicho ensayo y se puede observar la reducción en el número de UFC/ml en el caso del gel de poliacrilamida que contenía en su estructura un derivado de los péptidos lineales antimicrobianos de la invención.
En este ensayo se observó que a los 240 minutos el número de UFC/ml es sustancialmente menor en la solución que contenía el gel de poliacrilamida con el derivado de la invención en comparación con la solución control, y con la solución que contenía el gel de poliacrilamida sin el derivado de la invención.
También se ha efectuado un ensayo para determinar la cinética de muerte de una suspensión de bacterias E. cola en caldo LB en contacto con un disco de un polímero de la invención, que contiene en su estructura un derivado de péptido lineal antimicrobiano.
Para ello se prepararon diversos polímeros que contenían diferentes cantidades de derivados de la invención. En particular, se efectuaron ensayos con geles de poliacrilamida que contenían 0,1%, 0.5%, 0,98%, 2,01% y 3,94% en peso del derivado de la invención preparado en el Ejemplo 1 sobre el peso total de monómeros. También se ensayó un gel de poliacrilamida control que no contenía dicho derivado.
El ensayo de inactivación se efectuó en una placa con múltiples pocillos en donde se colocó un volumen de suspensión de bacterias E. coli en caldo LB y un cilindro de gel de poliacrilamida de 1 cm de diámetro y 0,2 cm de altura. A continuación se tomaron muestras de la suspensión bacteriana a diferentes tiempos entre 0 y 48 horas, y se prepararon diluciones.
Dichas diluciones se sembraron en placas de agar que se incubaron durante 48 h a 37ºC y se realizó el recuento de colonias en las mismas.
De los resultados se puede extraer que los polímeros que contenían un 0,5% o más de derivado de la invención, inhibían el crecimiento de las bacterias a corto plazo (180 minutos) tal como se puede observar en la Figura 2. En la Figura 3 se aprecia como dicho efecto antimicrobiano de los geles de poliacrilamida con el péptido antimicrobiano se mantiene durante largos periodos de tiempo (hasta 48 horas en el ejemplo) con una reducción de hasta 8 unidades logarítmicas en relación con los controles, en los que se produce un crecimiento de 4 unidades logarítmicas respecto al tiempo inicial.
Con el ensayo para determinar la cinética de muerte se evaluó el tiempo de reducción decimal (D) y la velocidad de inactivación (K_{d}) en función del contenido en % en peso del derivado de la invención sobre la cantidad total de monómeros del gel de poliacrilamida.
El tiempo de reducción decimal es el tiempo necesario para reducir en un 90% una población de bacterias, y la velocidad de inactivación es el inverso de dicho tiempo. Estos parámetros son bien conocidos por el experto en la materia y se encuentran descritos por ejemplo en el libro de G. Sykes, Disinfection and sterilization, 2nd edition, Lippincott, 1965.
En la Figura 4 se puede observar que existe claramente una relación dosis-efecto y se aprecia una cinética de saturación con valores óptimos por encima de 0,5%. También se puede observar que se produce un aumento considerable en la velocidad de inactivación al pasar del 0,1% en peso al 0,5% en peso de derivado de la invención.
También se ha comprobado que el efecto antimicrobiano de los geles de acrilamida no se manifiesta cuando en el pocillo de ensayo se incuba en caldo LB el gel y en la parte superior se dispone un microfiltro en el interior del cual se inocula una solución de E. coli con 10^{6} UFC/ml. El filtro impide el contacto de los microorganismos con el gel, y en estas condiciones el crecimiento bacteriano es similar al control.
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Ensayos de degradación por proteasas
La estabilidad de los péptidos a la degradación por proteasas se ha evaluado mediante el tratamiento de soluciones de los péptidos en tampón TRIS con Proteinasa K (Sigma-Aldrich), y la monitorización de su degradación por HPLC a diferentes intervalos de tiempo. La degradación se expresa como el porcentaje de péptido degradado después de un intervalo de tiempo determinado, normalmente 45minutos, calculado a partir de la disminución del área del pico del péptido nativo por HPLC. Una descripción de la metodología empleada para la determinación de la estabilidad a proteasas se encuentra en Rozek et al., Structure-based design of an indolicidin peptide analogue with increased protease stability, Biochemistry, 2003, 42, 14130-14138.
A continuación, a los efectos de completar de forma suficiente la anterior descripción, se exponen los siguientes ejemplos.
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Ejemplos
En los ejemplos que siguen se emplean las siguientes abreviaciones: Boc: terc-butiloxicarbonilo; t-Bu: terc-butilo; DIEA: N,N-diisopropiletilamina; DMF: N,N-dimetilformamida; EDTA, ácido etilendiaminotetracético; ESI-MS: espectrometría de masas con ionización por electropulverización; Fmoc: 9-fluorenilmetoxicarbonilo; HBTU: hexafluorofosfato de N-óxido de N-[(1H-benzotriazol-1-il)(dimetilamino)metilen]-N-metilmetanaminio; HPLC: cromatografía líquida de alta resolución; LB: Luna Bertani; MBHA: 4-metilbencidrilamina; NMP: N-metilpirrolidona; TEMED: N,N,N',N'-tetrametiletilendiamina, TFA: ácido trifluoroacético; TIS: triisopropilsilano; TRIS: tris(hidroximetil)aminometano; TSB: Trypticase Soy Broth; UV: ultravioleta.
Los productos Fmoc-Lys(Boc)-OH, Fmoc-Phe-OH, Fmoc-Leu-OH, Fmoc-Ile-OH, Fmoc-Tyr(tBu)-OH, Fmoc-Trp(Boc)-OH, Fmoc-Val-OH, Fmoc-D-Lys(Boc)-OH, Fmoc-D-Phe-OH, Fmoc-D-Leu-OH, Fmoc-D-Ile-OH, Fmoc-D-Tyr(tBu)-OH, Fmoc-D-Val-OH, Fmoc-D-Trp(Boc)-OH, la resina Fmoc-Rink-MBHA funcionalizada con grupos amino, y HBTU, se obtuvieron de Senn Chemicals. Los productos N-metilpirrolidona, y TIS se obtuvieron de Aldrich. Los productos piperidina y DIEA se obtuvieron de Fluka.
Las siguientes indicaciones sobre el procedimiento para la preparación de los péptidos son de carácter general:
-
Se emplearon aminoácidos que tienen el grupo a-amino protegido con el grupo Fmoc.
-
Para la protección de la cadena lateral de la lisina y del triptófano se empleó el grupo terc-butiloxicarbonilo (Boc). Para la protección de la cadena lateral de la tirosina se empleó el grupo terc-butilo (t-Bu).
-
Las reacciones se llevaron a cabo en jeringas de 2 o 5 ml que tenían incorporado un filtro microporoso de polipropileno.
-
Todas las transformaciones y lavados se llevaron a cabo a 25ºC, a no ser que se indique lo contrario.
-
El análisis por HPLC se llevó a cabo con un flujo de 1,0 ml/min empleando una columna de fase reversa Kromasil (4,6 x 40 mm; tamaño de partículas de 3,5 \mum). Se emplearon gradientes lineales con TFA acuoso al 0,1% y TFA en acetonitrilo al 0,1%, con una relación comprendida entre 0,98:0,02 y 0,98:0,1 durante un período de tiempo de 7 minutos con detección UV a una longitud de onda de 220 nm.
-
Los espectros ESI-MS fueron adquiridos empleando un instrumento cuadrupolo Navigator; operando en el modo positivo de iones (ES+) con un voltaje en la muestra de 30 kV.
-
Todas las relaciones entre los disolventes son volumen/volumen, a no ser que se especifique otro tipo de proporción.
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Ejemplo 1 Preparación de Acriloilo-Lys-Lys-Leu-Phe-Lys-Lys-Ile-Leu-Lys-Tyr-Leu-NH_{2} (Fórmula General (I) donde X_{1} es acriloilo X_{2} es Lys, y X_{3} es Tyr)
En una jeringa de 2 ml de capacidad, equipada con un filtro microporoso en la parte inferior, se colocaron 30 mg de resina Fmoc-Rink-MBHA con una funcionalización de 0,66 mmol/g, equivalentes a 19,8 \mumoles de grupos amino, y se llenó la jeringa con disolvente para hinchar-lavar la resina de acuerdo con la siguiente secuencia: CH_{2}Cl_{2} (1 \times 20 min) y DMF (1 \times 20 min). La expresión CH_{2}Cl_{2} (1 \times 20 min) se refiere a que se realizó 1 lavado de 20 minutos con cloruro de metileno. Después de cada etapa de lavado se eliminó el disolvente mediante un filtrador de vacío múltiple (Vac Man Laboratory Vacuum Manifold de Promega Distribuidora).
Después de hinchar-lavar la resina, ésta se trató con una mezcla de piperidina y DMF (3:7, 1 \times 2 min y 1 \times 10 min) para eliminar el grupo Fmoc presente en el grupo amino del espaciador bifuncional, y, a continuación, se lavó con DMF (6 \times 1 min).
Seguidamente la resina se trató con 21 mg de Fmoc-Leu-OH (59 \mumoles), 22 mg de HBTU (59 \mumoles) y 11 \mul de DIEA (63 \mumoles) en 0,1 ml de DMF. Después de 4 h se lavó la resina con DMF (6 \times 1 min) y se comprobó que el test de ninhidrina era negativo (Kaiser et al, Anal. Biochem., 1970, 34, 595-598).
La eliminación del grupo Fmoc y los lavados subsiguientes se realizaron como ya se ha descrito anteriormente.
El ciclo de acoplamiento-desprotección se repitió para los siguientes cuatro aminoácidos protegidos con el grupo N^{\alpha}-Fmoc: Fmoc-Tyr-OH, Fmoc-Lys(Boc)-OH, Fmoc-Leu-OH y Fmoc-Ile-OH. En cada etapa se procedió al lavado con DMF (6 \times 1 min).
A partir del quinto aminoácido incorporado, tanto la eliminación del grupo Fmoc, los ciclos acoplamiento-desprotección como los correspondientes lavados se realizaron de la misma manera substituyendo en estos casos la DMF por NMP. Los seis últimos aminoácidos se incorporaron protegidos con el grupo N^{\alpha}-Fmoc: Fmoc-Lys(Boc)-OH, Fmoc-Phe-OH y Fmoc-Leu-OH. Para la incorporación de los dos últimos aminoácidos se realizaron 2-3 acoplamientos sucesivos para obtener un test de ninhidrina negativo.
Después de eliminar el grupo Fmoc del último aminoácido acoplado, como ya se ha descrito anteriormente, se lavó la resina con NMP (6 \times 1 min) y CH_{2}Cl_{2} (6 \times 1 min), y se obtuvo el péptido lineal unido a la resina, H-Lys-Lys-Leu-Phe-Lys-Lys-Ile-Leu-Lys-Tyr-Leu-Rink-MBHA.
A continuación dicho péptido se trató con 1,18 mmoles de cloruro de acriloilo, y 2,36 mmoles de N,N-diisopropiletilamina durante 24 h a temperatura ambiente. Posteriormente, la resina se lavó con DMF (6 \times 1 min).
Finalmente, se escindió el péptido de la resina mediante un tratamiento con 1 ml de una mezcla de TFA, agua y TIS (95:2,5:2,5) durante 2 horas. Con dicho tratamiento ácido también se eliminaron los grupos protectores de las cadenas laterales.
Se recogieron los filtrados en un vial mediante una presión positiva de nitrógeno. La resina se lavó con una mezcla de TFA, agua y TIS (95:2,5:2,5, 2 \times 0,5 ml). Los filtrados se combinaron y se evaporaron casi a sequedad bajo una corriente de nitrógeno hasta obtener un aceite. Dicho aceite se precipitó con éter dietílico, se centrifugó, y el éter se decantó. Este proceso se repitió 3 o 4 veces. Finalmente, el producto sólido obtenido se disolvió en agua, y se liofilizó.
Se obtuvo un sólido pulverulento que tenía una pureza superior al 90% analizada por HPLC, y su estructura se confirmó por ESI-MS.
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Ejemplo 2 Preparación de un gel de acrilamida con propiedades antimicrobianas
Se prepararon 50 ml de una solución madre de acrilamida con la disolución de 14,6 g de acrilamida, y 0,45 g de N,N'-metilen-bis-acrilamida en agua, y se mantuvo a una temperatura de 4ºC y en ausencia de luz.
Se preparó una solución de persulfato amónico al 10% en peso/volumen por disolución de 0,5 g de persulfato amónico en agua destilada hasta un volumen de 5 ml.
En un vial se mezclaron 3,42 ml de solución madre de acrilamida, 5,08 ml de agua y 21,1, mg del péptido obtenido en el Ejemplo 1. A continuación se añadieron 18 \mul de TEMED y 43 pi de solución de persulfato amónico, se agitó y se dejó polimerizar durante 30 minutos.
Transcurrido dicho período de tiempo se obtuvo un gel de poliacrilamida que contenía un 2% en peso del derivado de péptido lineal del Ejemplo 1 unido covalentemente en la estructura polimérica.
Una vez obtenido el gel, se lavó con agua para eliminar los restos de agentes químicos, y se esterilizó mediante tratamiento térmico en estufa durante 20 minutos a 80ºC, comprobándose que en estas condiciones no se produce crecimiento de microorganismos cuándo el gel se trata con caldo LB durante 2 h, se escurre y se deja incubar a 37ºC durante 24 h.
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Ejemplos 3 a 6
Preparación de qeles de acrilamida con diferentes cantidades del derivado preparado en el Ejemplo 1
Siguiendo un procedimiento análogo al descrito en el Ejemplo 2 se prepararon geles de poliacrilamida que contenían diferentes cantidades del derivado de la invención preparado en el Ejemplo 1.
En la Tabla IV se muestran las cantidades de derivado preparado en el Ejemplo 1 que se incluyó en los diferentes geles de poliacrilamida:
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TABLA IV
6
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Para preparar dichos geles se emplearon 3,42 ml de la solución madre de acrilamida preparada en el Ejemplo 2, que corresponden a 995,1 mg de acrilamida, y 30,8 mg de N,N'-metilen-bis-acrilamida.
También se preparó un gel de acrilamida exento de propiedades antimicrobianas siguiendo un procedimiento análogo, pero sin la adición del derivado del péptido lineal preparado en el Ejemplo 1.
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Ejemplo 7 Ensayos de actividad antimicrobiana a) Método de detección del punto final
El efecto antimicrobiano del polímero preparado en el Ejemplo 2, gel de acrilamida, se determinó frente a una cepa de E. coli, en comparación con un gel de acrilamida preparado sin adición de un derivado de la invención.
Las bacterias se conservaron a una temperatura de -80ºC en caldo LB complementado con glicerina al 20% en volumen/volumen.
Se cortaron piezas de los geles de acrilamida de 13 mm de diámetro y 4 mm de altura, correspondientes a 0,53 cm^{3}, y se esterilizaron por tratamiento a 80ºC durante 20 minutos.
Se colocaron las piezas en un caldo de cultivo LB durante 2 horas. Transcurrido dicho período de tiempo se sacaron las piezas de gel de acrilamida del caldo de cultivo, retirando el exceso de líquido, y se inocularon con 20 \mul de una suspensión de E. coli con 10^{6} UFC/ml.
A continuación dichas piezas de gel se incubaron durante 24 h a 37ºC.
Tras la incubación, las piezas de gel se homogeneizaron con un homogeneizador (Masticator) en 20 ml de peptona tamponada (2,72 g de fosfato monopotásico, 7,10 g de fosfato monosódico, 1 g de peptona bacteriológica pH 6,2\pm0,2, disueltos en agua hasta el volumen de 1 l).
Se hicieron diluciones con cada una de las muestras con un factor de 10, 100 y 1000, y se sembraron 40 \mul de cada una de ellas en una placa Petri con agar nutritivo.
Se incubaron las placas durante 24 h a 37ºC, se contaron las colonias formadas en cada una de ellas y se calculó el número de unidades formadoras de colonias por ml (UCF/ml). El gel de poliacrilamida que contenía el derivado del péptido lineal del Ejemplo 1 presentó un factor de reducción logarítmica de 4 en los niveles de E. coli, con respecto al gel de poliacrilamida que no contenía dicho derivado.
Se puede observar que el gel de acrilamida que contiene el derivado del péptido de la invención presenta propiedades antimicrobianas.
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b) Método cinético
En este caso, los dos geles de poliacrilamida se sumergieron en recipientes separados que contenían una solución de caldo LB que tenía una concentración de E. coli de 10^{5} UFC/ml.
El control positivo estaba formado únicamente por la solución de bacterias y no contenía ningún gel sumergido.
A continuación se extrajeron muestras de 40 \mul de la suspensión bacteriana del control positivo y del gel de poliacrilamida sin derivado de la invención, y 50 \mul de la suspensión bacteriana del gel de poliacrilamida a tiempo 0, y a los 10, 30, 60, 120 y 240 minutos. Cada una de las muestras se diluyó con un factor 1, 10, 100 y 1000.
Se sembraron 40 \mul de cada una de las diluciones en una placa de agar y se incubaron durante 24 horas a 37ºC.
Finalmente se contaron las colonias y se calcularon las UFC por ml (UFC/ml).
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En la Tabla V se presentan las UFC/ml obtenidas en función del tiempo para el control, para el gel de poliacrilamida que contenía en su estructura un derivado de los péptidos lineales de la invención y para el gel de poliacrilamida que no contenía dicho derivado:
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TABLA V
7
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En la Figura 1 se representan los resultados y se puede observar que a los 240 minutos la solución que contenía el gel de poliacrilamida con el derivado de la invención presentó un factor de reducción logarítmica de 4 en el crecimiento de las colonias de E. coli, con respecto al gel de poliacrilamida que no contenía dicho derivado.
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c) Ensayo de actividad antimicrobiana con diferentes concentraciones de derivado de la invención
En este ensayo se determinó la actividad antimicrobiana de un gel de acrilamida que contenía diferentes cantidades de derivado de la invención.
Se preparó una suspensión de células de E. coli en agua y se diluyó hasta obtener una concentración de 10^{6} UFC/ml.
Se tomaron 150 \mul de dicha suspensión y se diluyeron con 1350 de caldo de cultivo LB.
Se sumergieron piezas de los geles de poliacrilamida preparados en los Ejemplos 2 a 6, y del gel que no contenía el derivado de la invención en recipientes que contenían la suspensión de bacterias. Las piezas tenían forma de disco con un diámetro de 1 cm y 0,2 cm de altura.
El control positivo estaba constituido por una suspensión de bacterias en el caldo de cultivo LB.
A continuación se extrajeron muestras de 50 \mul de la suspensión bacteriana del control positivo y del gel de poliacrilamida sin derivado de la invención, y del gel de poliacrilamida a tiempo 0, y a los 10, 30, 60, 120, 180, 240 minutos, y también a las 24 y 48 horas. Cada una de las muestras se diluyó en un factor 1, 10, 100, 1000, y 10000. Las muestras correspondientes a las 24 h y 48 se diluyeron en un factor 10^{6}.
Se sembraron por triplicado 50 \mul de cada una de las diluciones en una placa de agar nutritivo y se incubaron durante 24 horas a 37ºC.
Finalmente se contaron las colonias y se calcularon las UFC por ml (UFC/ml).
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En la Tabla VI se presentan el número de bacterias supervivientes expresadas como Log_{10} UFC/ml, en función del tiempo expresado en minutos para cada una de las concentraciones en % en peso del derivado del Ejemplo 1 en el gel de poliacrilamida:
TABLA VI
8
En la Figura 2 se representan gráficamente estos resultados y se puede observar que el efecto antimicrobiano aumenta a medida que se incrementa la cantidad de péptido antimicrobiano que forma parte del gel de poliacrilamida, detectándose actividad ya a los 30 minutos, y obteniéndose reducciones de hasta casi 10000 veces en la concentración de bacterias viables (4 reducciones logarítmicas) a las 3 horas de incubación.
En la Tabla VII se presentan resultados del mismo ensayo para evaluar la actividad antimicrobiana a largo plazo (48 horas). En concreto se muestra el número de bacterias supervivientes expresadas como Log_{10} UFC/ml, en función del tiempo expresado en horas y en función del contenido en % en peso del derivado del Ejemplo 1 en el gel de poliacrilamida:
TABLA VII
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En las Figura 3 se representan gráficamente dichos resultados y se puede apreciar como el efecto antimicrobiano de los geles de poliacrilamida con el péptido antimicrobiano se mantiene durante largos periodos de tiempo (hasta 48 horas en el ejemplo) con una reducción de hasta 8 unidades logarítmicas en relación con los controles, en los que se produce un crecimiento de 4 unidades logarítmicas respecto al tiempo inicial.
De los resultados se puede extraer que los polímeros que contienen un 0,5% o más de derivado de la invención, inhiben el crecimiento de las bacterias a corto plazo (180 minutos) tal como se puede observar en la Figura 2, y a largo plazo (48 h) tal como se puede observar en la Figura 3.
A partir de los resultados obtenidos se calculó el tiempo de reducción decimal D y la velocidad de inactivación K_{d}, tal como se describe por ejemplo en el libro de G. Sykes, Disinfection and sterilization, 2nd edition, Lippincott, 1965.
En la Tabla VIII se presenta dicha velocidad de inactivación expresada en min^{-1} en función del contenido del derivado de la invención preparado en el Ejemplo 1 expresada en % en peso sobre la cantidad total de monómeros en el gel de acrilamida:
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TABLA VIII
10
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En la Figura 4 se representa gráficamente la velocidad de inactivación en función del contenido en peso. Se puede observar que existe claramente una relación dosis-efecto y se aprecia una cinética de saturación, con valores óptimos por encima de 0,5%.
Se puede observar también que se produce un aumento considerable en la velocidad de inactivación al pasar del contenido del 0,1% en peso al contenido del 0,5% en peso de derivado de la invención.
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Ejemplo 8 Ensayos de estabilidad a la degradación por proteasas
En estos ensayos se determinó la estabilidad frente a la degradación por proteasas de los péptidos, que sirven de base para preparar los derivados de la invención.
Dicha estabilidad se determinó mediante un ensayo de digestión del péptido por Proteinasa K (Sigma-Aldrich Corporation, Madrid, España).
Se empleó una disolución de 50 \mug/ml de péptido y de 1 \mug/ml de Proteinasa K en tampón TRIS 100 mM a pH 7,6, a temperatura ambiente.
El progreso de la escisión del péptido se determinó cromatográficamente a tiempos comprendidos entre 5 y 45 minutos. Para ello se empleó una columna C_{18} de fase reversa (Kromasil, 4,6 x 40 mm; 3,5 \mum de tamaño de partícula), y gradientes lineales de TFA acuoso al 0,1% y TFA en acetonitrilo al 0,1% desde 0,98:0,02 a 0:1 durante 7 min realizando la detección mediante absorbancia en el ultravioleta a 220 nm.
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En la Tabla V se presentan los resultados de estabilidad a la degradación por proteasas, expresada como el porcentaje de degradación de cada péptido a los 45 minutos. Los péptidos de la Tabla IX se identifican con los parámetros X_{1}, X_{2}, y X_{3} que figuran en la fórmula general (I):
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TABLA IX
11
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Se puede observar que los péptidos de la Tabla IX tienen un átomo de hidrógeno en el extremo N-terminal en lugar de un grupo polimerizable. Esto es así porque dichos péptidos son los péptidos que sirven de base para preparar los derivados de la invención de acuerdo con el procedimiento descrito en el Ejemplo 1.
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Texto libre de la lista de secuencias Traducción por orden alfabético
\bullet
Artificial sequence: Secuencia artificial
\bullet
Derivatives Antimicrobial linear peptides: Derivados de péptidos lineales antimicrobianos
\bullet
PatentIn version 3.3: PatentIn versión 3.3
\bullet
PEPTIDE: Péptido
\bullet
SEQUENCE LISTING: Listado de secuencias
\bullet
Synthetic peptide: Péptido sintético
\bullet
University of Girona: Universidad de Girona
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<110> University of Girona
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<120> Derivatives Antimicrobial linear peptides
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<210> 25
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 11
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Artificial sequence
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Synthetic peptide
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> PEPTIDE
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1)..(11)
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 25
\hskip1cm
38

Claims (8)

1. Derivados de péptidos lineales antimicrobianos caracterizados porque responden a la fórmula general (I):
(I)X_{1}-X_{2}-Lys-Leu-Phe-Lys-Lys-Ile-Leu-Lys-X_{3}-Leu-NH_{2}
en donde
X_{1} es el grupo
12
X_{2} es Lys, Tyr, Leu, Phe, o Trp,
X_{3} es Lys, Tyr, Val, Phe, o Trp,
R^{1} es hidrógeno, o un grupo alquilo C_{1}-C_{4},
R^{2} es hidrógeno o metilo,
n es 0, 1, 2, 3 o 4, y
en donde los residuos de aminoácidos son de la serie L o D.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Derivados según la reivindicación 1, caracterizados porque los residuos de aminoácidos son de la serie L.
3. Derivados según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizados porque el grupo polimerizable X_{1} se selecciona entre el grupo formado por acriloilo, metacriloilo, crotonoilo, 3-butenoilo, 4-pentenoilo, 3-pentenoilo, 5-hexenoilo, o 6-heptenoilo.
4. Derivados según la reivindicación 3, caracterizados porque el grupo polimerizable X_{1} es acriloilo.
5. Derivado según la reivindicación 4, caracterizado porque el péptido está definido por la secuencia SEQ_ID_NO: 6, tiene el aminoácido del extremo N-terminal funcionalizado con el grupo acriloilo, y el aminoácido del extremo C-terminal en forma de grupo carboxamida.
6. Utilización de los derivados de péptidos lineales según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 para la preparación de polímeros con propiedades anti-microbianas.
7. Procedimiento para preparar un polímero con propiedades antimicrobianas caracterizado porque comprende la polimerización de:
1)
un monómero seleccionado entre los derivados de péptidos lineales según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 o mezclas de los mismos,
2)
un monómero seleccionado entre el grupo formado por ácido acrílico, sus esteres y amidas; ácido metacrílico sus esteres y amidas; estireno; y/o mezclas de los mismos, y eventualmente
3)
un monómero reticulante.
8. Polímero obtenible por el procedimiento de la reivindicación 7.
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