Characterization of Vipera seoanei venom, variation with species ontogeny and evaluation of its antimicrobial potential

Abstract

The animal kingdom has approximately 200,000 toxin-producing species, used for both predation and defense. Venomous snakes produce venom composed of a mixture of proteins and peptides (90-95%), free amino acids, amines, nucleosides, metal ions, lipids, and carbohydrates. Those proteins and/or peptides are generally responsible for the toxicity of the venom, however these molecules have great potential for discovering new drugs. In the present study, we intended to evaluate the venom of Vipera seoanei from the population of Serra da Peneda/Laboreiro from different perspectives. In a first phase, analyze its composition at the proteomic level and later verify if there is ontogenic variation. In a second phase, to assess the antibacterial potential of this venom. For the proteomic analysis of the venom, a preliminary screening of the venom was carried out using SDS-PAGE, followed by LC-MS/MS. The possible antibacterial activity of the crude venom was tested by the Micro Broth dilution method, against the bacteria Escherichia coli ATCC 25922, Salmonella typhimurium ATCC 14028, Enterococcus faecalis ATCC 29212 and Staphylococcus aureus ATCC 25923. The results of the proteomics (LC-MS/MS) analysis show that the venom is essentially composed of Snake Venom Serine Proteases (SVSPs), Phospholipases A₂ (PLA₂s), C-type lectins (CTLs) e Snake Venom Metalloproteinases (SVMPs). Also, it shows that the venom varies at the ontogenic level, in which juveniles are characterized by a more abundant venom in K49 PLA₂s and SVSPs, while adults by Cysteine-rich secretory proteins (CRISPs). Also, the venom of subadults and adults is richer in CTL than juveniles. Crude venom was found to affect the growth of S. aureus from a concentration of 50 μg protein/mL or 200 μg venom/mL. In addition, and despite not having statistically significant differences, in higher concentrations of venom it is observed a tendency to impair the growth of the remaining tested bacteria. The results presented by the present study allowed to characterize the venom of a population of V. seoanei from Serra da Pena/Laboreiro, as well as to verify its variation in its composition due to ontogeny. Finally, it allowed to show the antimicrobial potential of this venom.

O reino animal possui aproximadamente 200.000 espécies produtoras de toxinas, sendo estas utilizadas tanto para predação como para defesa. As serpentes venenosas produzem veneno composto por uma mistura de proteínas e peptídeos (90-95%), aminoácidos livres, aminas, nucleosídeos, iões metálicos, lípidos e hidratos de carbono. Essas proteínas e/ou peptídeos são geralmente responsáveis pela toxicidade do veneno, no entanto estas moléculas apresentam grande potencial para descoberta de novos fármacos. No presente estudo, pretendeu-se avaliar em diferentes perspetivas o veneno de Vipera seoanei da população de Serra da Peneda/Laboreiro. Numa primeira fase, analisar a sua composição ao nível proteómico e posteriormente verificar se existe variação ontogénica. Numa segunda fase, avaliar se este veneno apresenta propriedades antibacterianas. Para a análise proteómica do veneno procedeu-se inicialmente avaliação preliminar através de SDS-PAGE, seguindo-se LC-MS/MS. A possível atividade antibacteriana do veneno bruto foi testada através do método “Micro Broth dilution”, contras as bactérias Escherichia coli ATCC 25922, Salmonella typhimurium ATCC 14028, Enterococcus faecalis ATCC 29212 and Staphylococcus aureus ATCC 25923. Os resultados da análise de proteómica (LC-MS/MS) mostram que o veneno é composto essencialmente por “Snake Venom Serine Proteases” (SVSPs), “Phospholipases A₂” (PLA₂s), “C-type lectins” (CTLs) e “Snake Venom Metalloproteinases” (SVMPs). Sendo que o seu veneno varia ao nível ontogénico, em que os juvenis caracterizam-se por um veneno mais abundante em K49 PLA₂s e SVSPs, enquanto os adultos por “Cysteine-rich secretory proteins” (CRISPs). Também o veneno de subadultos e adultos é mais rico em CTL do que os juvenis. Verificou-se que o veneno bruto afetou o crescimento de S. aureus a partir da concentração de 50 μg proteina/mL ou 200 μg veneno/mL. Em acréscimo, e apesar de não existirem diferenças significativas, verifica-se uma tendência para o veneno afetar o crescimento das restantes bactérias testadas. Os resultados apresentados pelo presente estudo, permitiram caracterizar o veneno de uma população de V. seoanei da Serra da Pena/Laboreiro, assim como verificar a sua variação na composição do mesmo devido à ontogenia. Por fim, permitiu mostrar o potencial antimicrobiano deste veneno.