Pesquisa e treinamento em genômica estrutural e biofísica molecular para a caracterização e desenho de proteínas e enzimas

Resumo

Para realizar suas funções as proteínas têm de enovelar em uma estrutura tridimensional definida. Estas estruturas são altamente conservadas resultando que ~92 milhoes de sequências proteicas são classificadas em apenas ~6000 folds. Nestas estruturas os resíduos que são essenciais para suas funções estão em posições específicas, sendo altamente conservados entre sequências proteicas que possuem funções similares. Por outro lado, outros resíduos que fazem parte destes sítios funcionais apresentam variação entre sequências e, em boa parte, são responsáveis pelas diferenças em especificidade frente ao parceiro de ligação. Neste cenário, o enorme número de sequências proteicas oriundas de dados genômicos foram fundamentais para a identificação de mutações responsáveis pela perda da função proteica, bem como para a descoberta de enzimas que catalisam novas funções. Entretanto, variações naturais nas sequências e erros de anotação usando ferramentas de bioinformática limitam esta abordagem totalmente computacional. Desta forma é necessário acompanhar as análises genômicas com a caracterização funcional das proteínas por meio de técnicas biofísicas, bioquímicas e de biologia estrutural. Esta proposta combina estas abordagens em uma metodologia de Genômica Estrutural e de Biofísica Molecular. A meta principal é de formar alunos e pesquisadores no uso adequado de abordagens computacionais e experimentais, com foco em pesquisa, empregando o caso emblemático de enzimas que degradam o plástico PET, que prejudica o meio ambiente por ser acumulado em aterros e oceanos com uma taxa equivalente a sua própria produção. Estas enzimas apresentam uma estrutura tridimensional e sítio ativo que são altamente conservados. Porém, seu mecanismo de ação e as variações estrutura-sequencia que permitem atividade em temperatura ambiente são pobremente compreendidos. Neste contexto os dois grupos de pesquisa trabalharão juntos na identificação de enzimas degradadoras de PET oriundas de metagenomas Antárticos. Bem como a predição computacional do seu potencial degradador, caracterização bioquímica, estabilidade térmica e a determinação estrutural, visando a identificação de traços responsáveis pela atividade e estabilidade que serão usados para guiar engenharia proteica destas enzimas. O desenvolvimento do projeto facilitará o treinamento de estudantes em metagenômica, biofísica, bioquímica e biologia estrutural em ambos os grupos de pesquisa e de disseminar os achados dentre a comunidade científica. (AU)