Abstract:
A penicilina é considerada o primeiro antibiótico desenvolvido para o tratamento de infecções no organismo humano. Desde então, a humanidade tem se beneficiado dessa descoberta, concomitante a isso, micro-organismos vem desenvolvendo resistência a antibióticos podendo causar ineficácia dos tratamentos com os fármacos convencionais, sendo considerado esse fato um problema de saúde publica a nível global. O desenvolvimento de um novo fármaco em todas suas etapas demora aproximadamente 10 anos e despende gastos financeiros. Um dos métodos utilizados para possibilitar o encurtamento desse desenvolvimento é o desenho racional de fármacos (RDD). O RDD possibilita a realização de experimentos in silico cada vez mais próximos dos reais. Nesses experimentos as interações entre uma proteína (ou receptor alvo) e possíveis candidatos a inibidores são analisadas num processo conhecido como docagem molecular. A fim de aproximar esses experimentos da realidade existem inúmeras tentativas de incorporar a flexibilidade dos receptores-alvo. Esta flexibilidade é geralmente obtida através de simulaçoes por Dinâmica Molecular (DM). Dentre os muitos alvos importantes de serem investigados atualmente, considera-se relevante o estudo das bombas de efluxo. As bombas de efluxo são proteínas presentes na célula bacteriana que são responsáveis pelo transporte ativo de compostos capturados na entrada da membrana para o exterior das células. Nesse contexto, esse trabalho tem por objetivo executar uma simulação por DM da proteína AcrB para entender sua flexibilidade e regiões de maior mudança conformacional. Foi executada uma simulação por DM de 50ns da proteína AcrB utilizando a ferramenta GROMACS. Em seguida foram executados experimentos de agrupamento de estruturas com os algoritmos Gromos, Jarvis Patrick e Single Linkage disponíveis no GROMACS. A validação da simulação por DM e dos experimentos de agrupamento foi realizada a partir de resultados obtidos com os experimentos de docagem molecular. As simulações incluíram a flexibilidade do receptor com um inibidor já conhecido para a bomba de efluxo. Foram executados experimentos de docagem molecular com estruturas da DM com intervalos de 50 em 50ps, 20 em 20ps e 10 em 10ps, e das conformações centrais obtidas de diferentes configurações dos algoritmos de agrupamento. O software de docagem molecular escolhido foi o AutoDockVina. A energia livre de ligação (FEB) foi avaliada para cada experimento executado. O programa LigPlot foi aplicado para as análises de interações receptor-ligante. Os resultados mostram a importância de se considerar a flexibilidade da AcrB, uma vez que a variação da FEB e dos contatos receptor-ligante, que incorporem a flexibilidade, é essencial na busca de novos fármacos para esse alvo. Além disso, os agrupamentos obtidos mostram que essa é uma técnica que pode ser utilizada para a redução das estruturas a serem consideradas em docagem molecular com modelo de receptor flexível.
Penicillin is considered the first antibiotic developed for the treatment of infections in the human organism. Humankind has benefited since the early days of the penicillin discovery. Unfortunately micro-organisms have been developing antibiotic resistance which in turn may result in treatment inefficacy. This fact can be considered a public health issue at a global level. All the development stages of a new drug takes approximately 10 years and has huge financial costs. One of the methods that try to shorten the time and money consumed in the development of a new drug is the rational drug design (RDD). RDD enables the realization of experiments in silico very similar to the real ones. In these experiments the interactions among a protein (or target-receptor) and potential inhibitor candidates are analysed in a process named docking. In order to approximate these experiments of the reality there are various attempts of incorporating the flexibility of the target-receptors. This flexibility is usually obtained through Molecular Dynamics (MD) simulation. Nowadays, among many important targets to be investigated, the efflux pump is very interesting. This is because the efflux pump are proteins present in bacterial cell which are responsible by actively transporting compounds from the cell membrane entrance to the cell exterior. Taking in account all these characteristics the main aim of this work is to execute a MD simulation of the AcrB protein to understand its flexibility and regions of major conformational changes. Hence, a 50 ns MD simulation of AcrB protein was performed using GROMACS. After, structure clustering experiments were conducted with the algorithms Gromos, Jarvis Patrick and Single Linkage all available in GROMACS. Validation of MD simulations and clustering was performed using the results obtained in docking simulations. These simulations have included the flexibility of a receptor with a known efflux pump inhibitor. Molecular docking was performed using structures from MD with intervals 50 ps, 20 ps and 10 ps and also with central conformations obtained with the different clustering algorithms. For docking experiments AutoDockVina was chosen. Free Energy of Binding was evaluated in each experiment realized. LigPlot software was applied for the analysis of receptor-ligand. Results showing FEB variation reveals the importance of considering AcrB flexibility which allows for new receptor-ligand contacts. Moreover, obtained clusters show that this method can be used to the reduction of structures to be considered in molecular docking experiments with flexible receptor model.
