β-ディフェンシン1による歯周炎の赤色複合細菌の病原性因子のインシリコターゲティング

In silico targeting of red complex bacteria virulence factors of periodontitis with β-defensin 1.

抄録

背景:

歯周炎は多因子感染症であり、その発症には赤色複合細菌が重要な役割を担っている。細菌は従来の抗生物質に対して耐性を獲得する傾向にあり、新しい治療法を開発する必要がある。抗菌ペプチド（AMP）は、薬剤開発のための潜在的なツールであり、広く関心を集めている。 β-ディフェンシン1は、重要なAMPであり、第一線の宿主防御機構を形成している。本研究では、β-ディフェンシン1の構造と歯周炎の赤色複合細菌のビルレンスファクターとの分子ドッキングを解析した。β-ディフェンシン1の物理化学的特性は、ProtParam、ProteinPredict、ToxinPred、BioPepウェブサーバーなどの様々なオンラインツールで決定した。β-デフェンシン1の構造はSWISS-MODELウェブサーバーで予測され、その構造は様々なウェブツールで評価された。Porphyromonas gingivalisのリポポリサッカライドの構造をChem3D ultra 11.0ソフトウェアで描画した。歯周炎の赤色複合細菌の重要なタンパク質ビルレンスファクターの構造をSWISS-MODELウェブサーバーで決定した。β-ディフェンシン1とビルレンスファクターの相互作用は、Auto dock version 4.0ソフトウェアとpyDock WEBサーバーを用いた分子ドッキングにより検討した。

BACKGROUND: Periodontitis is a multi-factorial infection with red complex bacteria playing a crucial role in the pathogenesis. As bacteria are tending to develop resistance against conventional antibiotics, new treatment modalities need to be developed. Antimicrobial peptides (AMPs) are potential tools for drug development and are gaining widespread interest. β-defensin 1 is an important AMP and forms the first-line host defense mechanism. The present study analyzed the structure and molecular docking of β-defensin 1 with the virulence factors of red complex bacteria of periodontitis. The physico-chemical properties of β-defensin 1 were determined by various online tools such as ProtParam, ProteinPredict, ToxinPred, and BioPep web servers. The structure of β-defensin 1was predicted by the SWISS-MODEL web server and the structure was evaluated by different web tools. The structure of lipopolysaccharide of Porphyromonas gingivalis was drawn using Chem3D ultra 11.0 software. The structure of important protein virulence factors of red complex bacteria of periodontitis was determined by the SWISS-MODEL web server. The interaction study between β-defensin 1 and virulence factors was carried out by molecular docking using Auto dock version 4.0 software and pyDock WEB server.

結果:

オンラインツールを用いて、β-ディフェンシン1は安定で無毒であることが予測された。また，Auto dock version 4.0とpyDock WEBサーバにより，β-defensin 1の結合エネルギーは低く，水素結合が形成されていることが示された．

RESULTS: Using online tools, β-defensin 1 was predicted to be stable and non-toxic. SWISS-MODEL web server predicted Ramachandran score as 94.12% and clash score 0.0 for β-defensin 1. Auto dock version 4.0 software and pyDock WEB server analyzed the interaction to have low binding energies and hydrogen bonds were formed between the peptide and virulence factors.

結論:

β-デフェンシン1は、歯周炎のレッドコンプレックス菌の原因因子と良好な結合相互作用を示し、ひいては感染の重症化を抑制する役割を果たすことがわかった。 β-デフェンシン1は、歯周炎に対する薬剤開発の候補となる可能性がある。

CONCLUSION: β-defensin 1 was found to have good binding interaction with the disease-causing factors of red complex bacteria of periodontitis and in turn could play a role in reducing the severity of infection. β-defensin 1 could be a potential candidate for drug development for periodontitis.