Molecular design, structures, and activity of antimicrobial peptide-mimetic polymers

Macromolecular Bioscience

Volumn 13, Issue 10, 2013, Pages 1285-1299

  Takahashi, Haruko ^a,b   Palermo, Edmund F ^c   Yasuhara, Kazuma ^d   Caputo, Gregory A ^e   Kuroda, Kenichi ^a,c  

^a UNIVERSITY OF MICHIGAN SCHOOL OF DENTISTRY   (United States)

^b KYOTO UNIVERSITY   (Japan)

^c UNIVERSITY OF MICHIGAN   (United States)

^d NARA INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (Japan)

^e ROWAN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

Antimicrobial materials; Biomimetics; Copolymers; Peptides; Structure property relations

Indexed keywords

ANTI-MICROBIAL ACTIVITY; ANTIMICROBIAL MATERIALS; ANTIMICROBIAL PEPTIDE; BIOMEDICAL APPLICATIONS; DRUG-RESISTANT BACTERIA; METHICILLIN-RESISTANT STAPHYLOCOCCUS AUREUS; MOLECULAR BUILDING BLOCKS; STRUCTURE PROPERTY RELATION;

BACTERIA; COPOLYMERS; ESCHERICHIA COLI; MEDICAL APPLICATIONS; PEPTIDES; POLYMERS; POLYPEPTIDES;

BIOMIMETICS;

AMPHOPHILE; COPOLYMER; METHACRYLIC ACID; PEXIGANAN; POLYPEPTIDE ANTIBIOTIC AGENT;

ANTIMICROBIAL ACTIVITY; ARTICLE; DRUG DESIGN; DRUG STRUCTURE; ESCHERICHIA COLI; HEMOLYSIS; METHICILLIN RESISTANT STAPHYLOCOCCUS AUREUS; MINIMUM INHIBITORY CONCENTRATION; MOLECULAR MIMICRY;

METHICILLIN RESISTANT STAPHYLOCOCCUS AUREUS;

ANTIMICROBIAL MATERIALS; BIOMIMETICS; COPOLYMERS; PEPTIDES; STRUCTURE-PROPERTY RELATIONS;

ANTI-BACTERIAL AGENTS; ANTI-INFECTIVE AGENTS; ANTIMICROBIAL CATIONIC PEPTIDES; BIOMIMETICS; ESCHERICHIA COLI; HUMANS; METHICILLIN-RESISTANT STAPHYLOCOCCUS AUREUS; MICROBIAL SENSITIVITY TESTS; POLYMERS; STRUCTURE-ACTIVITY RELATIONSHIP;

EID: 84885949501     PISSN: 16165187     EISSN: 16165195     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/mabi.201300126     Document Type: Article

References (90)

1. World Health Organization. "WHO Global Strategy for Containment of Antimicrobial Resistance", http://www.who.int.proxy.lib.umich.edu/csr/resources/publications/drugresist/en/EGlobal_Strat.pdf, accessed: April 2013.
2. World Health Organization. "The evolving threat of antimicrobial resistance-Options for action", http://whqlibdoc.who.int/publications/2012/9789241503181_eng.pdf, accessed: April 2013.
3. World Health Organization. "World Health Day - 7 April 2011", http://www.who.int.proxy.lib.umich.edu/world-health-day/2011/en/, accessed: April 2013.
4. M. Klopper, R. M. Warren, C. Hayes, N. C. G. van Pittius, E. M. Streicher, B. Müller, F. A. Sirgel, M. Chabula-Nxiweni, E. Hoosain, G. Coetzee, P. D. van Helden, T. C. Victor, A. P. Trollip, Emerg. Infect. Dis. 2013, 19, 449.
5. S. B. Levy, " The Antibiotic Paradox. How Miracle Drugs Are Destroying the Miracle", Plenum Press, New York 1992.
6. S. B. Levy, B. Marshall, Nat. Med. 2004, 10, S122.
7. C. Nathan, Nature 2004, 431, 899.
8. P. Fernandes, Nat. Biotechnol. 2006, 24, 1497.
9. M. A. Fischbach, C. T. Walsh, Science 2009, 325, 1089.
10. H. F. Chambers, F. R. Deleo, Nat. Rev. Microbiol. 2009, 7, 629.
11. F. R. de Castro, O. R. Naranjo, J. A. Marco, J. S. Violan, Semin. Respir. Crit. Care Med. 2009, 30, 161.
12. M. A. Kohanski, D. J. Dwyer, J. J. Collins, Nat. Rev. Microbiol. 2010, 8, 423.
13. P. A. Lambert, Adv. Drug Delivery Rev. 2005, 57, 1471.
14. F. C. Tenover, Am. J. Infect. Control 2006, 34, S3.
15. M. Zasloff, Nature 2002, 415, 389.
16. K. A. Brogden, Nat. Rev. Microbiol. 2005, 3, 238.
17. A. Munoz-Bonilla, M. Fernandez-Garcia, Prog. Polym. Sci. 2012, 37, 281.
18. K. Kuroda, G. A. Caputo, Wires Nanomed. Nanobiotechnol. 2013, 5, 49.
19. J. P. S. Powers, R. E. W. Hancock, Peptides 2003, 24, 1681.
20. A. K. Marr, W. J. Gooderham, R. E. W. Hancock, Curr. Opin. Pharmacol. 2006, 6, 468.
21. K. Kuroda, W. F. DeGrado, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4128.
22. I. Ivanov, S. Vemparala, V. Pophristic, K. Kuroda, W. F. DeGrado, J. A. McCammon, M. L. Klein, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1778.
23. K. Kuroda, G. A. Caputo, W. F. DeGrado, Chem. -Eur. J. 2009, 15, 1123.
24. E. F. Palermo, K. Kuroda, Biomacromolecules 2009, 10, 1416.
25. E. F. Palermo, I. Sovadinova, K. Kuroda, Biomacromolecules 2009, 10, 3098.
26. E. F. Palermo, K. Kuroda, Appl. Microbiol. Biotechnol. 2010, 87, 1605.
27. C. W. Avery, E. F. Palermo, A. McLaughin, K. Kuroda, Z. Chen, Anal. Chem. 2011, 83, 1342.
28. E. F. Palermo, D. K. Lee, A. Ramamoorthy, K. Kuroda, J. Phys. Chem. B 2011, 115, 366.
29. I. Sovadinova, E. F. Palermo, R. Huang, L. M. Thoma, K. Kuroda, Biomacromolecules 2011, 12, 260.
30. I. Sovadinova, E. F. Palermo, M. Urban, P. Mpiga, G. A. Caputo, K. Kuroda, Polymers 2011, 3, 1512.
31. M. Mizutani, E. F. Palermo, L. M. Thoma, K. Satoh, M. Kamigaito, K. Kuroda, Biomacromolecules 2012, 13, 1554.
32. A. C. Engler, N. Wiradharma, Z. Y. Ong, D. J. Coady, J. L. Hedrick, Y. Y. Yang, Nano Today 2012, 7, 201.
33. G. J. Gabriel, A. Som, A. E. Madkour, T. Eren, G. N. Tew, Mater. Sci. Eng., R 2007, 57, 28.
34. E. R. Kenawy, S. D. Worley, R. Broughton, Biomacromolecules 2007, 8, 1359.
35. K. Lienkamp, A. E. Madkour, A. Musante, C. F. Nelson, K. Nusslein, G. N. Tew, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9836.
36. G. N. Tew, R. W. Scott, M. L. Klein, W. F. Degrado, Acc. Chem. Res. 2009, 43, 30.
37. L. Timofeeva, N. Kleshcheva, Appl. Microbiol. Biotechnol. 2011, 89, 475.
38. B. P. Mowery, A. H. Lindner, B. Weisblum, S. S. Stahl, S. H. Gellman, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9735.
39. F. Nederberg, Y. Zhang, J. P. K. Tan, K. J. Xu, H. Y. Wang, C. Yang, S. J. Gao, X. D. Guo, K. Fukushima, L. J. Li, J. L. Hedrick, Y. Y. Yang, Nat. Chem. 2011, 3, 409.
40. K. A. Gibney, I. Sovadinova, A. I. Lopez, M. Urban, Z. Ridgway, G. A. Caputo, K. Kuroda, Macromol. Biosci. 2012, 12, 1279.
41. T. Tashiro, Macromol. Mater. Eng. 2001, 286, 63.
42. F. Siedenbiedel, J. C. Tiller, Polymers 2012, 4, 46.
43. B. P. Mowery, S. E. Lee, D. A. Kissounko, R. F. Epand, R. M. Epand, B. Weisblum, S. S. Stahl, S. H. Gellman, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15474.
44. Y. Ishitsuka, L. Arnt, J. Majewski, S. Frey, M. Ratajczek, K. Kjaer, G. N. Tew, K. Y. C. Lee, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 13123.
45. V. Sambhy, B. R. Peterson, A. Sen, Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 1250.
46. Y. Oda, S. Kanaoka, T. Sato, S. Aoshima, K. Kuroda, Biomacromolecules 2011, 12, 3581.
47. A. R. Song, S. G. Walker, K. A. Parker, N. S. Sampson, ACS Chem. Biol. 2011, 6, 590.
48. Y. G. Ge, D. L. MacDonald, K. J. Holroyd, C. Thornsberry, H. Wexler, M. Zasloff, Antimicrob. Agents Chemother. 1999, 43, 782.
49. E. F. Palermo, S. Vemparala, K. Kuroda, Biomacromolecules 2012, 13, 1632.
50. E. Strandberg, S. Morein, D. T. S. Rijkers, R. M. J. Liskamp, P. C. A. van der Wel, J. A. Killian, Biochemistry 2002, 41, 7190.
51. G. A. Caputo, E. London, Biochemistry 2003, 42, 3275.
52. E. Strandberg, J. A. Killian, FEBS Lett. 2003, 544, 69.
53. S. Jaud, M. Fernandez-Vidal, I. Nilsson, N. M. Meindi-Beinker, N. C. Hubner, D. J. Tobias, G. von Heijne, S. H. White, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106, 11588.
54. E. V. Schow, J. A. Freites, P. Cheng, A. Bernsel, G. von Heijne, S. H. White, D. J. Tobias, J. Membr. Biol. 2011, 239, 35.
55. R. E. W. Hancock, H. G. Sahl, Nat. Biotechnol. 2006, 24, 1551.
56. J. Mondal, X. Zhu, Q. A. Cui, A. Yethiraj, J. Phys. Chem. B 2010, 114, 13585.
57. Y. H. Li, L. M. Chan, L. Tyer, R. T. Moody, C. M. Himel, D. M. Hercules, J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 3118.
58. M. Neu, D. Fischer, T. Kissel, J. Gene. Med. 2005, 7, 992.
59. D. N. Nguyen, J. J. Green, J. M. Chan, R. Longer, D. G. Anderson, Adv. Mater. 2009, 21, 847.
60. T. Xia, M. Kovochich, M. Liong, H. Meng, S. Kabehie, S. George, J. I. Zink, A. E. Nel, ACS Nano 2009, 3, 3273.
61. K. Miyata, N. Nishiyama, K. Kataoka, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 2562.
62. C. Z. S. Chen, S. L. Cooper, Biomaterials 2002, 23, 3359.
63. B. J. Gao, X. Zhang, Y. Zhu, J. Biomater. Sci. -Polym. Ed. 2007, 18, 531.
64. N. Pasquier, H. Keul, E. Heine, M. Moeller, B. Angelov, S. Linser, R. Willumeit, Macromol. Biosci. 2008, 8, 903.
65. J. Lin, S. Y. Qiu, K. Lewis, A. M. Klibanov, Biotechnol. Bioeng. 2003, 83, 168.
66. J. Haldar, A. K. Weight, A. M. Klibanov, Nat. Protoc. 2007, 2, 2412.
67. V. P. Dhende, S. Samanta, D. M. Jones, I. R. Hardin, J. Locklin, ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 2830.
68. R. F. Epand, H. Sarig, A. Mor, R. M. Epand, Biophys. J. 2009, 97, 2250.
69. S. Choi, A. Isaacs, D. Clements, D. Liu, H. Kim, R. W. Scott, J. D. Winkler, W. F. DeGrado, Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106, 6968.
70. D. Raafat, K. von Bargen, A. Haas, H. G. Sahl, Appl. Environ. Microbiol. 2008, 74, 3764.
71. K. Yasuhara, M. Tsukamoto, Y. Tsuji, J. Kikuchi, Colloids Surf., A 2012, 415, 461.
72. D. Hoekstra, N. Düzgüneş, in: Methods in Enzymology (Ed: N. Duzgunees), Academic Press, San Diego, CA, USA 1993, p. 115.
73. D. K. Struck, D. Hoekstra, R. E. Pagano, Biochemistry 1981, 20, 4093.
74. M. Rahnamaeian, Plant Signal. Behav. 2011, 6, 1325.
75. R. E. W. Hancock, A. Nijnik, D. J. Philpott, Nat. Rev. Microbiol. 2012, 10, 243.
76. J. H. Bowie, F. Separovic, M. J. Tyler, Peptides 2012, 37, 174.
77. N. J. Afacan, A. T. Y. Yeung, O. M. Pena, R. E. W. Hancock, Curr. Pharm. Des. 2012, 18, 807.
78. O. L. Franco, FEBS Lett. 2011, 585, 995.
79. A. Peschel, H.-G. Sahl, Nat. Rev. Microbiol. 2006, 4, 529.
80. S. Q. Liu, C. Yang, Y. Huang, X. Ding, Y. Li, W. M. Fan, J. L. Hedrick, Y.-Y. Yang, Adv. Mater. 2012, 24, 6484.
81. Y. Shai, A. Makovitzky, D. Avrahami, Curr. Protein Pept. Sci. 2006, 7, 479.
82. M. H. Karavolos, H. Spencer, D. M. Bulmer, A. Thompson, K. Winzer, P. Williams, J. C. D. Hinton, C. M. A. Khan, BMC Genom. 2008, 9, 458.
83. A. Ahmad, E. Ahmad, G. Rabbani, S. Haque, M. Arshad, R. H. Khan, Curr. Protein Pept. Sci. 2012, 13, 211.
84. A. Madi, Z. Alnabhani, C. Leneveu, L. Mijouin, M. Feuilloley, N. Connil, Arch. Microbiol. 2013, 195, 189.
85. H. Hirakawa, K. Nishino, T. Hirata, A. Yamaguchi, J. Bacteriol. 2003, 185, 1851.
86. M. W. Bader, W. W. Navarre, W. Shiau, H. Nikaido, J. G. Frye, M. McClelland, F. C. Fang, S. I. Miller, Mol. Microbiol. 2003, 50, 219.
87. E. A. Groisman, C. Mouslim, Nat. Rev. Microbiol. 2006, 4, 705.
88. B. Mensa, Y. H. Kim, S. Choi, R. Scott, G. A. Caputo, W. F. DeGrado, Antimicrob. Agents Chemother. 2011, 55, 5043.
89. D. Costechareyre, J.-F. Chich, J.-M. Strub, Y. Rahbe, G. Condemine, PloS ONE 2013, 8, e54118.
90. S. Hunke, R. Keller, V. S. Muller, FEMS Microbiol. Lett. 2012, 326, 12.