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

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.