Project

Discipline

Bioinformatics; Peptide Design; Membrane; Antibiotics; Drug discovery

Lead
Experimentell gesteuerte computergestützte de novo Erforschung von Peptid-Membran InteraktionenExperiment-guided computational de novo exploration of peptide-membrane interactionGegen viele auf dem Markt befindliche antibakterielle Wirkstoffe haben sich Resistenzen entwickelt. Bestimmte antimikrobiell wirksame Peptide bieten potentiell eine Möglichkeit, neue Antibiotika und Bakteriostatika zu identifizieren und zu entwickeln, gegen die sich nur schwer Resistenzen entwickeln. Dazu ist ein grundlegendes Verständnis der Funktionsweise von natürlich vorkommenden Peptiden mit dieser Aktivität notwendig. Hierzu leistet das Projekt einen grundlegenden Beitrag.
Lay summary
Inhalte und Ziele des Forschungsprojekts Das Projekt beschäftigt sich mit der Untersuchung der biophysikalischen Eigenschaften von Peptiden mit membranlytischer Aktivität. Wie verwenden dazu sowohl bioinformatische Methoden als auch biochemische und biophysikalische Experimente. Es kommt ein Computermodell zum Einsatz, das die schrittweise Überführung von Aminosäuresequenzen aufbauend auf einem vereinfachenden evolutionären Modell ermöglicht. Dieses Konzept erlaubt es, Struktur-Aktivität Beziehungen für membranaktive Peptide zu identifizieren, welche wiederum als Grundlage für das de novo Design von Peptiden mit den gewünschten Eigenschaften dienen. Entscheidend ist dabei der Kreislauf zwischen der computergestützten Vorhersage neuer Aminosäuresequenzen und deren Eigenschaften auf der einen Seite und der Überprüfung derselben im Laborexperiment auf der anderen Seite. Die gewonnenen Messdaten ermöglichen die kontinuierliche Verfeinerung des Computermodelles. Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojektes Das Projekt trägt zum grundlegenden Verständnis von Peptid-Membran Interaktionen bei. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden Computermodelle entwickelt, mit deren Hilfe zielgerichtet neue Peptide mit bestimmten pharmakologisch relevanten Funktionen, z.B. antimikrobieller Wirksamkeit, entworfen werden können. Als Ausgangspukt für die Entwicklung neuer antimikrobieller Wirksubstanzen dienen dabei natürlich vorkommende Peptiden

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Last update: 23.10.2014

Active participation

Title	Year

Number	Title	Start	Funding scheme

In the proposed project we will investigate and extract sequence features of lipid membrane-lytic peptides. The study integrates both computational and biochemical experiments. We introduce the concept of "peptide-morphing" as a means for the systematic analysis and generation of structure-activity relationship models. The morphing process allows for physicochemically-motivated quasi-continuous sequence transitions which we will monitor by biophysical measurements. The gathered experimental data serves as guidance for the subsequent de novo peptide design with modulated membrane activity and defined biophysical properties. The research project is structured in three tiers, the i) computational design and biophysical/biochemical characterization of antimicrobial peptides and their morphed derivatives, ii) investigation of the property patterns that are responsible for the mechanisms of action of cationic helical antimicrobial peptides, and iii) development and implementation of software algorithms for length-invariant de novo design of peptides with the desired activity spectra. The project will result in profound insights into the biophysical nature of peptide-membrane interaction and help elicit the causative amino acid sequence patterns. From the perspective of applied research, the projects addresses the pressing need for new antibacterial molecular agents by translating these insights into an original algorithm for the rational design of membrane-active peptides with modulated levels of activity.