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Resistance of plant-pathogenic bacteria to classic antibiotics has prompted the search for suitable alternative antimicrobial substances. One promising strategy could be the use of purposely synthesized random peptide mixtures (RPMs). Six plant-pathogenic bacteria were cultivated and treated with two RPMs previously found to show antimicrobial activity mainly by bacterial membrane disruption. Here, we show that bacteria treated with RPMs showed partly remarkable changes in the fatty acid pattern while those unaffected did not. Quantitative changes could be verified by compound specific isotope analysis of δ13C values (‰). This technique was employed due to the characteristic feature of stronger bonds between heavier isotopes in (bio)chemical reactions. As a proof of concept, the increase in abundance of a fatty acid group after RPM treatment was accompanied with a decrease in the 13C content and vice versa. We propose that our findings will help designing and synthesizing more selective antimicrobial peptides.

Das Auftreten von multiresistenten Bakterien stellt heutzutage ein großes Problem dar [1]. Eine Alternative zu herkömmlichen Antibiotika könnten die sogenannten zufälligen Peptidmischungen (random peptide mixtures, RPM) sein [2][3][4]. RPM werden nach dem Vorbild von natürlich in Pflanzen und Tieren vorkommenden antimikrobiellen Peptiden synthetisiert und wirken auf die Lipiddoppelschicht von Bakterien [4,5]. Die RPM bestehen aus zwei Aminosäuren, wobei eine Aminosäure einen hydrophoben Rest und die andere eine positive Ladung trägt [2]. Mit Hilfe eines besonderen Syntheseansatzes enthalten alle RPM aus einem Syntheseansatz die exakt gleiche Zahl an Aminosäuren, jedoch in unterschiedlicher (random) Reihenfolge. Dies erschwert es Bakterien, dagegen Resistenzen zu entwickeln. Allerdings war noch wenig bekannt, welche RPM am besten wirksam sind und warum sie bei einigen Bakterien keine Wirkung zeigen. Die Hypothese unserer Studie war, dass die RPM bei den Bakterien Stress auslösen und dies zu Veränderungen in der Fettsäurezusammensetzung führt. Die RPM bestanden aus zwanzig Einheiten L-Phenylalanin und L-Lysin bzw. L-Phenylalanin und D-Lysin. Insgesamt wurden sechs bekannte Pflanzenpathogene (Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc), Acidovorax citrulli (AcM6), Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst), Xanthomonas perforans (Xp)) vor und nach der Behandlung mit RPM untersucht. Nach der Quantifizierung der Fettsäuren wurden die einzelnen Vertreter in die vier Gruppen gesättigte Fettsäuren, iso-Fettsäuren, anteiso-Fettsäuren und einfach ungesättigte Fettsäuren (MUFA) eingeteilt. Unter Einfluss der RPM kam es teilweise zu sehr starken Veränderungen im Fettsäureprofil von über 10% im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle. Dabei nahmen z.B. bei Xp die Anteile der iso-Fettsäuren um 21% zu und die der MUFA um 9,5% ab. Die erhaltenen Ergebnisse konnten mittels GC-IRMS ( 13 C-Werte [‰]) abgesichert werden. So wurden entsprechend der stärkeren Bindungen zwischen schweren Isotopen neu gebildete Fettsäuren isotopisch leichter und niederregulierte isotopisch schwerer. Damit konnten die Veränderungen in der Fettsäurezusammensetzung von Bakterien nach RPM-Behandlung eindeutig abgesichert werden.