Degradação enzimática de exopolissacharídeos de biofilmes microbianos: abordagens de biofísica estrutural, biotecnologia molecular e bioquímica sintética em estudos de CAZymes em busca de novas ferramentas enzimáticas para tratamentos antimicrobianos

• Processo: 21/08780-1
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2023
• Data de Término da vigência: 29 de fevereiro de 2028
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Biofísica - Biofísica Molecular
• Pesquisador responsável: Igor Polikarpov
• Beneficiário: Igor Polikarpov
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Ana Carolina Migliorini Figueira ; André Luis Souza dos Santos ; Camila Alves de Rezende ; Cristina Kurachi ; Eduardo Ribeiro de Azevedo ; Fernando Segato ; Francisco Eduardo Gontijo Guimaraes ; Marcos Pileggi ; Mario de Oliveira Neto ; Natalia Mayumi Inada
• Auxílio(s) vinculado(s): 24/00533-3 - Biorrefino de hemiceluloses e lignina do bagaço de cana-de-açúcar, AP.R
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/18441-5 - Degradação da matriz extracelular de biofilmes de micro-organismos patogênicos, BP.DR; 23/13115-2 - Estudos estruturais e bioquímicos das glicosil hidrolases da Saccharum officinarum envolvidas na degradação do arabinoxilano no processo de formação do aerênquima, BP.DR; 23/12553-6 - Clonagem e expressão e cristalização de proteínas envolvidas na degradação de carboidratos complexos encontrados em exopolissacarídeos de biofilmes microbianos, BP.TT; 23/10037-0 - Caracterização e aplicação de glicosil hidrolases bacterianas para degradação de biofilme de Streptococcus mutans., BP.IC; 23/07897-8 - Estudos bioquímicos e estruturais de CAZymes com potencial na degradação de exopolissacharídeos de biofilmes microbianos, BP.PD
• Assunto(s): Biotecnologia molecular Biologia estrutural Bioquímica Antibióticos Biofilmes Hidrólise Biopolímeros Anti-infecciosos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Ação antibiótica | Biologia Molecular Estrutural | Bioquímica Sintética | CAZymes | Exopolisacarídeos de biofilmes microbianos | Hidrolise de biopolímeros | Biotecnologia Molecular Estrutural

Resumo

As consequências da resistência microbiana aos antibióticos em um futuro próximo podem representar uma catástrofe para a saúde pública com estimadas 700 mil mortes por ano, além de internações prolongadas e doenças potencialmente intratáveis. Considerando apenas a resistência antimicrobiana, o número estimado de mortes aumentará para mais de 10 milhões de mortes/ano até 2050, caso esta situação não seja controlada. As infecções hospitalares já são um problema extremamente sério de saúde pública brasileira e mundial, causando milhares de mortes todos os dias além do aumento constante dos custos de tratamentos médicos avaliados em $33 bilhões por ano nos Estados Unidos e E13 a E24 bilhões por ano na União Europeia. Estima-se que 99% dos microrganismos da Terra vivam em biofilmes. A formação de biofilmes bacterianos pode conferir aumento da resistência aos antibióticos em 10 a 1.000 vezes. Os biofilmes têm uma estrutura complexa que agrega células microbianas dentro de uma matriz extracelular, composta principalmente de exopolissacarídeos, DNA extracelular e proteínas, onde os exopolissacarídeos representam a principal fração. No âmbito deste projeto estamos propondo conduzir estudos sistemático de enzimas ativas em carboidratos complexos (CAZymes) com potencial na degradação e prevenção da formação dos biofilmes bacterianos, usando técnicas de Biofísica Estrutural, Biotecnologia Molecular e Bioquímica Sintética. Caracterizações bioquímicas e estrutural das enzimas de famílias de CAZymes recentes e ainda pouco exploradas serão conduzidas e as enzimas com potencial atividades específicas para degradação exopolissacarídeos de biofilmes serão identificadas. As CAZymes com atividades contra diferentes biopolímeros de matriz extracelular serão combinadas para alcançar maiores níveis de desestruturação e prevenção de formação de biofilmes. A ação enzimática também será potencializada pelo uso combinado com os antibióticos existentes e/ou a terapia fotodinâmica. Além disso, seguindo abordagens de Bioquímica Sintética e visando interferir com a formação de biofilmes, os circuitos enzimáticos serão desenvolvidos e testados. A degradação enzimática de biofilmes pode reforçar nosso arsenal da terapia antimicrobiana e fornecer importantes informações para o desenvolvimento de estratégias revolucionárias dos tratamentos de infecções persistentes. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

SAMANIEGO, LORGIO VICTOR BAUTISTA; HIGASI, PAULA MIWA RABELO; CAPETTI, CAIO CESAR DE MELLO; CORTEZ, ANELYSE ABREU; PRATAVIEIRA, SEBASTIAO; PELLEGRINI, VANESSA DE OLIVEIRA ARNOLDI; DABUL, ANDREI NICOLI GEBIELUCA; SEGATO, FERNANDO; POLIKARPOV, IGOR. Staphylococcus aureus microbial biofilms degradation using cellobiose dehydrogenase from Thermothelomyces thermophilus M77. International Journal of Biological Macromolecules, v. 247, p. 12-pg., 2023-07-15. (21/08780-1)

NAKAMURA, ALINE MINALI; GODOY, ANDRE SCHUTZER; KADOWAKI, MARCO ANTONIO SEIKI; TRENTIN, LUCAS N.; GONZALEZ, SINKLER E. T.; SKAF, MUNIR S.; POLIKARPOV, IGOR. Structures of BlEst2 from Bacillus licheniformis in its propeptide and mature forms reveal autoinhibitory effects of the C-terminal domain. FEBS Journal, v. 291, n. 22, p. 21-pg., 2024-07-27. (19/17373-0, 13/08293-7, 21/08780-1, 19/17371-8)

CORTEZ, ANELYSE ABREU; DE QUEIROZ, MATEUS XAVIER; DE OLIVEIRA ARNOLDI PELLEGRINI, VANESSA; PELLEGRINI, VANESSA OLIVEIRA ARNOLDI; DE MELLO CAPETTI, CAIO CESAR; DABUL, ANDREI NICOLI GEBIELUCA; LIBERATO, MARCELO VIZONA; PRATAVIEIRA, SEBASTIAO; RICOMINI FILHO, ANTONIO PEDRO; POLIKARPOV, IGOR. Recombinant Prevotella melaninogenica α-1,3 glucanase and Capnocytophaga ochracea α-1,6 glucanase as enzymatic tools for in vitro degradation of S. mutans biofilms. WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY & BIOTECHNOLOGY, v. 39, n. 12, p. 12-pg., 2023-12-01. (20/15092-1, 21/08780-1)

CAPETTI, CAIO CESAR DE MELLO; PELLEGRINI, VANESSA DE OLIVEIRA ARNOLDI; VACILOTTO, MILENA MOREIRA; CURVELO, ANTONIO APRIGIO DA SILVA; FALVO, MAURICIO; GUIMARAES, FRANCISCO EDUARDO GONTIJO; ONTANON, ORNELLA M.; CAMPOS, ELEONORA; POLIKARPOV, IGOR. Evaluation of Hydrothermal and Alkaline Pretreatment Routes for Xylooligosaccharides Production from Sugar Cane Bagasse Using Different Combinations of Recombinant Enzymes. Food and Bioprocess Technology, v. 17, n. 7, p. 13-pg., 2023-10-18. (19/10942-0, 21/08780-1)

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DE ARAUJO, EVANDRO ARES; CORTEZ, ANELYSE ABREU; PELLEGRINI, VANESSA DE OLIVEIRA ARNOLDI; VACILOTTO, MILENA MOREIRA; CRUZ, AMANDA FREITAS; BATISTA, PAULO RICARDO; POLIKARPOV, IGOR. Molecular mechanism of cellulose depolymerization by the two-domain BlCel9A enzyme from the glycoside hydrolase family 9. Carbohydrate Polymers, v. 329, p. 18-pg., 2024-01-13. (21/08780-1)

SEPULCHRO, ANA GABRIELA VEIGA; VACILOTTO, MILENA MOREIRA; DIAS, LUCAS D.; PELLEGRINI, VANESSA O. A.; VELASCO, JOSMAN; INADA, NATALIA M.; SEGATO, FERNANDO; POLIKARPOV, IGOR. Light-driven Lytic Polysaccharide Monooxygenase Catalysis Mediated by Type I Photosensitizers. CHEMBIOCHEM, v. N/A, p. 14-pg., 2024-11-11. (21/08780-1, 24/00533-3, 19/13569-8, 13/07276-1, 14/50857-8)

BRIGANTI, LORENZO; MANZINE, LIVIA R.; CAPETTI, CAIO CESAR DE MELLO; ARAUJO, EVANDRO ARES DE; PELLEGRINI, VANESSA DE OLIVEIRA ARNOLDI; GUIMARAES, FRANCISCO EDUARDO GONTIJO; NETO, MARIO DE OLIVEIRA; POLIKARPOV, IGOR. Unravelling biochemical and structural features of Bacillus licheniformis GH5 mannanase using site-directed mutagenesis and high-resolution protein crystallography studies. International Journal of Biological Macromolecules, v. 274, p. 16-pg., 2024-06-25. (21/08780-1)

KANE, AISSATA OUSMANE; CORTEZ, ANELYSE ABREU; PELLEGRINI, VANESSA OLIVEIRA ARNOLDI; NGOM, BALLA DIOP; FILGUEIRAS, JEFFERSON G.; DE AZEVEDO, EDUARDO R.; POLIKARPOV, IGOR. Combined liquid hot water and sulfonation pretreatment of sugarcane bagasse to maximize fermentable sugars production. INDUSTRIAL CROPS AND PRODUCTS, v. 201, p. 13-pg., 2023-05-23. (15/13684-0, 21/08780-1)

KANE, AISSATA OUSMANE; SCOPEL, EUPIDIO; CORTEZ, ANELYSE ABREU; ROSSI, BRUNO ROBERTO; PELLEGRINI, VANESSA OLIVEIRA ARNOLDI; REZENDE, CAMILA ALVES; POLIKARPOV, IGOR. Enzyme-assisted production of cellulose nanofibers from bleached and bleached/sulfonated sugarcane bagasse: impact of sulfonation on nanocellulose properties and yields. Cellulose, v. 30, n. 18, p. 16-pg., 2023-11-18. (19/19360-3, 21/08780-1, 15/13684-0, 21/12071-6, 18/23769-1)

MATEUS XAVIER-QUEIROZ; PEDRO RICARDO VIEIRA HAMANN; HEIDI AARØ ÅMDAL; IGOR POLIKARPOV; FERNANDA CRISTINA PETERSEN; ANTÔNIO PEDRO RICOMINI-FILHO. Absence of inhibitory effects of two new glucanases on streptococcus mutans growth. Braz. J. Oral Sci., v. 23, 2025-01-10. (23/07897-8, 21/08780-1, 20/15092-1)