Vancomycin-Induced Morphological Transition of Diacetylene Supramolecules

Abstract

밴코마이신은 기존의 항생제에 내성을 갖게 된 병원체를 치료하기 위해 인류가 개발한 항생제 가운데 가장 강력한 항생제로 “last resort”라고도 불린다. 밴코마이신은 박테리아의 세포벽에 직접 결합하여 세포벽의 합성을 막고 나아가 박테리아의 사멸을 일으킨다. 밴코마이신은 박테리아 세포벽 말단의 D-Ala-D-Ala과 강력한 수소결합을 한다. 양친성의 다이아세틸렌 분자는 나노/마이크로 소자를 만들 수 있는 특성과 자외선 노광에 의한 광중합 특성을 지니고 있어서 초분자 구조체로서 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 다이아세틸렌의 말단에 밴코마이신과 결합할 수 있는 D-Ala-D-Ala과 대조군으로 L-Ala-L-Ala을 각각 붙여서 물-에탄올 용액에 분산시켰을 때 어떤 형태의 초분자체를 이루는지 알아보았다. 그 결과 리본형태의 초분자체를 형성함을 확인할 수 있었다. 하지만 위의 분자들을 각각 밴코마이신과 함께 분산시켰을 때는 서로 다른 형태의 초분자체가 만들어지는 것을 확인할 수 있었다. D-Ala-D-Ala이 붙은 다이아세틸렌의 경우 구형태의 초분자체가 형성되었지만 L-Ala-L-Ala이 붙은 다이아세틸렌의 경우 밴코마이신과 결합하지 못하고 리본형태의 초분자체가 만들어졌다. 그렇다면 리본형태에서 구형태로의 전환이 가능한지에 대해서도 조사하여보았다. D-Ala-D-Ala이 붙은 리본형태의 초분자체에 밴코마이신을 넣으면 구형태의 초분자체로 전환되는 것을 확인 할 수 있었다. 리본에서 구로의 추분자체 구조 변화가 가능하다면 역으로 구에서 리본으로의 구조변화가 가능한지에 대해서도 조사하여보았다. 밴코마이신과 더 강력하게 결합하는 Ac-Lys(Ac)-D-Ala-D-Ala을 밴코마이신과 D-Ala-D-Ala을 함유하는 다이아세틸렌의 결합체에 넣으면 리본형태의 초분자체가 다시 만들어지는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 다이아세틸렌 초분자의 미세구조변화에 대한 결과들을 통해 중요한 항생제인 밴코마이신을 연구하는데 중요한 단서를 제공할 것이다.; In this study, we described the first example of a designed microstructural transformation of functional diacetylene supramolecules induced by a specific ligand-receptor interaction. We have prepared dipeptide containing diacetylene amphiphiles, PCDA-L-Ala-L-Ala 1 and PCDA-D-Ala-D-Ala 2. SEM analysis of the precipitates formed upon cooling of a heat-treated clear solution containing 1 or 2 in 30% H2O-EtOH revealed ribbon-shaped supramolecular microstructures. In the presence of vancomycin (Van) , the morphological behavior between the two enantiomers was completely different. SEM images obtained with 2 in the presence of Van showed microspheres exclusively while only ribbon-like structures were obtained with 1. In order to determine if the Van induced morphological change occurs on preformed diacetylene supramolecules, ribbon-shaped supramolecular of 2 were generated in the absence of Van. The solid was collected by centrifugation and fully dispersed in 30% H2O-EtOH containing 1 mol equivalent of Van at room temperature for 1 h. SEM analysis shows that spherical vesicles are formed. In order to investigate the possibility of the reversal sphere-to-ribbon transformation, Ac-Lys(Ac)-D-Ala-D-Ala, a substance known to tightly bind to Van was added to a dispersion of spherical 2-Van complex. SEM analysis shows that 1 h following addition of this blocked tripeptide (5 mol-equiv.) to a dispersion of spherical 2-vancomycin complex, spherical structures have disappeared and ribbon-like structures associated with 2 are regenerated. Binding of Van to the D-Ala-D-Ala motif of 2 changes the effective size and H-bonding properties of dipeptide headgroup in a way that blocks formation of ribbon-shaped morphologies and enhances the creation of spherical microstructures. The fact that addition of the Van-specific ligand Ac-Lys(Ac)-D-Ala-D-Ala to the 2-Van complex causes regeneration of ribbon-shaped microstructures demonstrates that the morphological changes are reversible.