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Title Page

Contents

Abstract 10

Ⅰ. INTRODUCTION 13

Ⅱ. MATERIALS AND METHODS 18

1. Data collection and preparation 18

2. Molecular docking and virtual screening 18

3. Compounds 19

4. Bacterial strains and culture conditions 19

5. Phenotypic assay 20

6. OxyR redox status assay 20

7. β-Galatosidase assay 21

8. Evaluation of antibacterial efficacy 21

9. Evaluation of toxicity 22

10. Determination of Minimal Lethal Concentration (MLC) 22

11. Measurement of Antibacterial Activity 23

12. Serial passage assay 23

13. Measurement of synergy 24

14. Statistics 24

Ⅲ. RESULTS 25

1. Virtual screens for the chemical hits based on the OxyR structure 25

2. P. aeruginosa displays serial dilution defects by OX14, 4 and 6 29

3. OxyR-mediated transcriptional regulation is impaired by OX14 33

4. OX14 displays antibacterial efficacy against P. aeruginosa 38

5. NQ14 shows reduced toxicity 40

6. NQ14 shows broadened antibacterial spectrum 42

7. NQ14 activity does not fully involve ROS formation, suggesting multiple modes of action (MoAs) 46

8. No resistance emergence was observed by NQ14 49

9. NQ14 and OX14 show synergy in P. aeruginosa 51

Ⅳ. DISCUSSION 53

Ⅴ. CONCLUSION 58

REFERENCES 60

ABSTRACT IN KOREAN 69

List of Tables

Table 1. Virtual screening results showing the 10 selected compounds 27

Table 2. Bacterial strains and plasmids used in this study 28

List of Figures

Fig. 1. Experimental validation of the selected compounds 31

Fig. 2. Structural modeling of the interactions between OX14 and OxyR 32

Fig. 3. Redox cycle of OxyR in the presence of OX14 36

Fig. 4. Antibacterial efficacy of OX14 against bacterial pathogens 39

Fig. 5. Toxicity assessment of c5 and NQ14 41

Fig. 6. Antibacterial spectrum of c5, NQ14 against bacterial pathogens 44

Fig. 7. Antibacterial efficacy of c5 and NQ14 45

Fig. 8. Antibacterial activity under ROS-compromising conditions 47

Fig. 9. Resistance evaluation of c5 and NQ14 50

Fig. 10. Synergy effect of NQ14 and OX14 52

초록보기

 반응성 산소종 (ROS)에 대한 박테리아 항상성은 박테리아 세포에서 호기성 호흡 및 대사 동안 전자 운반체에서 분자 산소로 비정상적인 전자 전달에 의해 생성될 수 있는 ROS의 독성 효과를 관리하는 데 중요합니다. 세균의 ROS에 대한 항상성을 교란시키는 새로운 항균 전략으로 두 가지 독립적인 접근 방식이 탐색되었습니다. 하나는 세균 방어 시스템을 ROS에 손상시키는 것이고 다른 하나는 ROS 생성을 강화하여 방어 시스템을 압도하는 것입니다. 이전 전략으로, 항산화 반응의 마스터 조절자인 OxyR을 표적으로 하는 새로운 화합물 (OX14)을 확인했으며 기회주의적 인간 병원체인 녹농균의 완전한 독성에 필요합니다. OX14는 처음에 OxyR 조절 도메인에 결합할 수 있는 10가지 화학 물질의 컴퓨터 기반 가상 스크리닝에서 확인되었습니다. OX14는 OxyR의 조절 활성을 손상시키는 방식으로 H₂O₂ 처리에 대한 반응으로 OxyR의 산화환원 주기에 영향을 미쳤습니다. OX14의 항균 효능은 녹농균에 대해 확인되었지만 초파리 전신 감염에서 황색 포도상구균에 대해서는 확인되지 않았습니다. 더욱이, 후자의 전략으로, NQ 이미다졸륨 유도체 (c5)가 약간의 세포독성을 갖는 그람 양성 박테리아에 대한 항균 활성을 나타낸다는 이전 관찰에 기초하여 1,4-나프토퀴논 (NQ) 약전이 추가로 탐색되었습니다. 세포 독성을 최소화하고 항균 스펙트럼을 넓히기 위해 53개의 NQ 유도체를 합리적으로 설계하고 그람 음성 세균 및 초파리 독성에 대한 항균 활성을 테스트했습니다. 그 결과, 검출 가능한 초파리 독성 없이 그람 양성 및 그람 음성 박테리아 모두에 대해 항균 활성을 나타내는 히트(NQ14)가 확인되었습니다. NQ14의 항균 효능은 초파리 전신 감염 모델을 사용하여 확인되었습니다. c5와 달리 NQ14는 혐기성 조건에서도 항균 활성을 보였고 c5 내성 돌연변이는 여전히 NQ14에 민감하여 ROS가 NQ14 항균 활성에 유일한 기여자가 아닐 수 있음을 시사합니다. 또한 NQ14에 대한 항박테리아 내성은 연속 계대 시험에서 나타나지 않았습니다. 나는 OX14와 NQ14가 녹농균의 성장을 억제하는 시너지를 나타냄을 관찰했습니다. 두 가지 독립적이고 시너지 효과가 있는 접근 방식을 통해 세균의 ROS에 대한 항상성을 교란시키는 이 개념 증명 연구는 ROS에서 영감을 받은 항균 전략을 정의하기 위해 추가로 조정될 것입니다.

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