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metadata.dc.type: Dissertação
Issue Date: 12-Dec-2014
metadata.dc.creator: SILVA, Thaís Boulhosa Barros da
metadata.dc.contributor.advisor1: MONTEIRO, Marta Chagas
metadata.dc.contributor.advisor-co1: BARROS, Carlos Augusto Lima
Title: Estudo teórico do complexo cefoxitina-proteína 5 de ligação à penicilina da Escherichia Coli por dinâmica molecular com método híbrido de mecânica quântica/ mecânica molecular
Other Titles: Theoretical study of the complex cefoxitin-penicillin-binding protein 5 from Escherichia Coli for molecular dynamics with hybrid method of quantum mechanics/molecular mechanics
metadata.dc.description.sponsorship: CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
Citation: SILVA, Thaís Boulhosa Barros da. Estudo teórico do complexo cefoxitina-proteína 5 de ligação à penicilina da Escherichia Coli por dinâmica molecular com método híbrido de mecânica quântica/ mecânica molecular. 2014. 106 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Pará, Instituto de Ciências da Saúde, Belém, 2014. Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas.
metadata.dc.description.resumo: As Proteínas de Ligação à Penicilina/“Penicillin Binding Proteins” (PLPs/PBPs) são alvos biológicos importantes para o desenvolvimento de novos fármacos contra infecções bacterianas. Neste estudo, objetivou-se, compreender a interação entre a cefoxitina e a Proteína 5 de Ligação à Penicilina (PBP5) da Escherichia coli (depositado no PDB sob o código 3MZE), através de simulação de Dinâmica Molecular (DM), usando a abordagem híbrida de mecânica quântica e mecânica molecular (QM/MM). Assim como, desenvolver um protótipo para avaliar, através de simulação computacional, a suscetibilidade de bactérias Gram negativas frente a antimicrobianos. A análise da suscetibilidade antimicrobiana aos antibióticos testados revelou que a cepa de E. coli ATCC 8739 foi sensível aos 5 antimicrobianos do estudo. A cepa de E. coli proveniente do isolado clínico apresentou resistência à ciprofloxacina 5 μg e à gentamicina 10 μg, sensibilidade intermediária à cefepime 30 μg e à ceftazidima 30 μg e sensibilidade à cefoxitina 30 μg. A diferença na suscetibilidade entre a cepa de E. coli ATCC 8739 e a cepa de E. coli proveniente de isolado clínico pode evidenciar uma memória imunológica molecular da bactéria. Observou-se ausência de produção de β-lactamases pela cepa de E. coli oriunda de isolado clínico, sugerida por não se ter observado diferença de suscetibilidade antimicrobiana com relação à presença ou à ausência de EDTA nos discos contendo os antimicrobianos. A análise de protonação revelou estarem desprotonados os resíduos His146, His151, His216 e His320. A estabilização do complexo estudado ocorreu após 0,6 ns de simulação de DM. Além disso, uma análise de decomposição em termos de energia foi realizada para determinar as contribuições individuais dos resíduos de aminoácidos para as interações proteína-ligante. Os resultados revelaram que a cefoxitina apresenta forte interação com os resíduos Lis44, Lis210, Ser41, Gli212, His213, Glu246, além da água, os quais são importantes para estabilizar o complexo cefoxitina-PBP5. O Mapa do Potencial Eletrostático Molecular da cefoxitina revelou um centro altamente eletrofílico na região correspondente ao anel β-lactâmico, o que favorece o ataque nuceofílico da hidroxila do resíduo de serina do sítio ativo da PBP5 de E. coli. Estes resultados podem dá suporte para o planejamento de novos fármacos mais seletivos e eficazes no controle de infecções bacterianas. Os resultados experimentais foram estatisticamente condizentes com os resultados teóricos, portanto, esse trabalho pode ser utilizado como um protótipo teórico computacional para avaliar a suscetibilidade antimicrobiana para bactérias Gram negativas. Esse estudo poderá encontrar aplicações futuras no planejamento e desenvolvimento de novos e potentes compostos com atividade antimicrobiana. Principalmente, nas tentativas de modificar um inibidor, em particular da classe das cefalosporinas, a fim de melhorar a sua seletividade e a sua atividade.
Abstract: The Penicillin Binding Proteins (PBPs) are important for the development of new drugs against bacterial infections biological targets. This study was aimed to understand the interaction between the protein and cefoxitin 5 Penicillin-Binding (PBP5) of Escherichia coli (deposited in the PDB under the code 3MZE) through simulation Molecular Dynamics (MD), using the approach hybrid quantum molecular mechanics (QM/MM) and mechanical. As well as develop a prototype to evaluate, through computer simulation, the susceptibility of Gram negative bacteria against antibiotics. The analysis of antimicrobial susceptibility to antibiotics tested has shown that this strain of E. coli ATCC 8739 was sensitive to 5 antimicrobials study. The strain of E. coli derived from the clinical isolate was resistant to ciprofloxacin 5 μg and gentamicin 10 μg, intermediate sensitivity to cefepime 30 μg and ceftazidime 30 μg, and sensitivity to cefoxitina 30 μg. The difference in susceptibility of E. coli strain ATCC 8739 and strain of E. coli isolated from a clinical can show a molecular immunological memory of the bacteria. We observed no production of β-lactamases by the strain of E. coli derived from clinical isolate, suggested because no observed difference in antimicrobial susceptibility with respect to the presence or absence of EDTA on the disks containing the antibiotics. The analysis has revealed that protonation of the deprotonated His146, His151, His216 and His320 residues. The stabilization of the complex was studied after 0,6 ns of MD simulation. Moreover, a decomposition analysis in terms of energy was performed to determine the contributions of individual amino acid residues for protein-ligand interactions. The results revealed that cefoxitin has a strong interaction with Lis44, Lis210, Ser41, Gli212, His213, Glu246 residue, apart from water, which are important for stabilizing cefoxitin-PBP5 complex. The electrostatic potential map Molecular cefoxitin revealed a highly electrophilic center corresponding to the β-lactam ring, which promotes hydroxyl attack nuceofílico the serine residue of the E. coli PBP5 active site region. These results can give support the planning of new more selective and effective drugs to control bacterial infections. The experimental results were statistically consistent with the theoretical results thus this work can be used as a prototype for computing theoretical evaluate the antimicrobial susceptibility to Gram negative bacteria. This study may find applications in future planning and development of new and potent compounds with antimicrobial activity. Mainly in attempts to modify an inhibitor, particularly of the cephalosporin class in order to improve its selectivity and its activity.
Keywords: Infecções bacterianas
Cefoxitina
Antibiograma
Dinâmica molecular
Modelagem molecular
Penicilina
Escherichia coli
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS DA SAUDE::FARMACIA
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal do Pará
metadata.dc.publisher.initials: UFPA
metadata.dc.publisher.department: Instituto de Ciências da Saúde
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
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