Математическое моделирование ферментации белка молозива коров для получения антимикробных и противогрибковых пептидов
Mathematical modeling of fermentation of cow colostrum protein for the production of antimicrobial and antifungal peptides

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

математические модели, пептиды, молозиво коров, антибактериальная активность, антигрибковая активность, молекулярное моделирование, mathematical models, peptides, cow colostrum, antibacterial activity, antifungal activity, molecular modeling

АННОТАЦИЯ

Авторы: Мерзлякова Наталия Вадимовна, Тихонов Сергей Леонидович, Тихонова Наталья Валерьевна, Шихалев Сергей Валерьевич

Настоящая статья посвящена разработке математической модели получения трипсинового гидролизата молозива коров с прогностическим функционалом оценки различных показателей биологической активности, в частности бактериостатической и противогрибковой активности, выделенного из него пептида. В ходе исследования были смоделированы режимы ферментолиза молозива коров для получения гидролизатов антимикробной направленности, после чего антимикробная активность полученного из гидролизата пептида была подтверждена в ходе экспериментальных исследований. Модельные значения частных оценочных критериев эффективности процесса гидролиза были установлены на уровне: продолжительность гидролиза (4–5 ч.), степень гидролиза (60 %), соотношение фермент:субстрат (1:17 %), pH (7,8) и t (39 °C). Для полученного и идентифицированного посредством базы данных Protein NCBI антимикробного пептида с условным названием Т1.2 в ходе эксперимента масс-спектрометрическим методом определена молекулярная масса (22 кДа), аминокислотная последовательность (28 аминокислот, последовательность STKRHRMHACSWRGPLKALSNPRAEFRR), а также методом молекулярного моделирования определены заряд (+7), изоэлектрическая точка (12,49) и гидрофильность (+31,07 Ккал·моль^–1). Диско-диффузным методом проверена и доказана антимикробная активность в отношении бактериальных культур E. coli и B. subtilis, а также противогрибковая активность в отношении грибковой культуры C. Albicans. Выявлено, что активность Т1.2 существенно ниже по сравнению с действием антибиотика «Канамицин» и противогрибкового препарата «Флуканазол», при этом он может быть рекомендован как синергетик при стандартной протокольной терапии антибактериальными и противогрибковыми препаратами при условии доказательства его биодоступности и отсутствия токсичности.

Abstract:

NAME: Mathematical modeling of fermentation of cow colostrum protein for the production of antimicrobial and antifungal peptides
AUTOR: Merzlyakova Natalia Vadimovna, Tikhonov Sergey Leonidovich, Tikhonova Natalia Valerievna, Shikhalev Sergey Valerievich

This article is devoted to the development of a mathematical model for obtaining trypsin hydrolyzate of bovine colostrum with a predictive functionality for assessing various indicators of biological activity, in particular bacteriostatic and antifungal activity, of a peptide isolated from it. During the study, the modes of fermentolysis of cow colostrum for the production of antimicrobial hydrolysates were simulated, after which the antimicrobial activity of the peptide obtained from hydrolysate was confirmed in experimental studies. The model values of particular evaluation criteria for the effectiveness of the hydrolysis process were set at the following levels: duration of hydrolysis (4–5 h), degree of hydrolysis (60 %), enzyme: substrate ratio (1:17 %), pH (7.8) and t (39 °C). For the antimicrobial peptide obtained and identified through the Protein NCBI database with the conventional name T1. 2, the molecular mass (22 kDa), amino acid sequence (28 amino acids, sequence STKRHRHRMHACSWRGPLKALSNPRAEFRRR), charge (+7), isoelectric point (12.49) and hydrophilicity (+31.07 Kcal·mol^–1) were determined by mass spectrometry and molecular modelling. The antimicrobial activity against bacterial cultures of E. coli and B. subtilis, as well as the antifungal activity against fungal culture of C. Albicans, was tested and proved by disco-diffuse method. It was found that the activity of the T1.2 is significantly lower compared to the action of the antibiotic Kanamycin and the antifungal drug Flucanazole, and it can be recommended as a synergistic in standard protocol therapy with antibacterial and antifungal drugs, provided that its bioavailable and lack of toxicity are proven.