Caracterização estrutural e funcional de transportadores ABC de microorganismos ESKAPE: combate à resistência antimicrobiana

• Processo: 24/10255-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa SPEC
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2025
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2029
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Química de Macromoléculas
• Pesquisador responsável: Marko Juhana Hyvönen
• Beneficiário: Marko Juhana Hyvönen
• Instituição Sede: Instituto de Ciências Biomédicas (ICB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Pesquisadores principais: Andrea Balan Fernandes
• Auxílio(s) vinculado(s): 25/07229-0 - EMU concedido no processo 2024/10255-0: Nanotemper Prometheus Panta, AP.EMU
• Bolsa(s) vinculada(s): 25/11265-2 - Caracterização estrutural e funcional de transportadores ABC de microorganismos ESKAPE: combate à resistência antimicrobiana, BP.TT; 25/07714-6 - Produção de proteínas e especialista em análises, BP.TT; 25/06330-0 - Estudos estruturais das bombas de efluxo MsbA dos organismos ESKAPE, BP.PD
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: ABC transporters | antimicrobial resistance | Cryo-EM | Fragment-based drug discovery | multidrug resistance | Structural biology

Resumo

A resistência antimicrobiana (AMR, Antimicrobial Resistance) é um problema crescente que ameaça a saúde pública em todo o mundo. O fracasso no controle das infecções microbianas resulta em aumento de mortes e perda da eficácia de antibióticos de última geração, com crescente aumento de espécies multirresistentes (MDR, Multidrug Resistance). Entre os patógenos bacterianos, as bactérias do grupo ESKAPE (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa e Enterobacter spp.) são classificadas como os organismos de maior prioridade em termos de combate à AMR. Nosso objetivo neste projeto é estudar os mecanismos moleculares pelos quais essas bactérias geram resistência a agentes antimicrobianos. Os mecanismos para as bactérias adquirirem AMR são múltiplos, incluindo a secreção ativa de antibióticos pelas células. Propomos estudar os principais transportadores de efluxo de drogas de patógenos ESKAPE, proteínas MsbA-like, que pertencem a uma das maiores famílias de transportadores de membrana, os transportadores ABC (ATP-Binding Cassette transporters). Estas proteínas de membrana utilizam energia da hidrólise de ATP para bombear uma ampla gama de substratos através das membranas celulares. Proteínas MsbA-like estão normalmente envolvidas na translocação lipídica, reciclagem de membranas e formação de biofilme, mas também têm uma função como exportadoras de agentes químicos estranhos às células. Por esta razão, eles são atores importantes no efluxo de drogas e no transporte de antimicrobianos para fora da célula em muitas bactérias patogênicas. A interrupção destes transportadores levaria a efeitos deletérios ao crescimento bacteriano e tornaria as bactérias novamente vulneráveis aos medicamentos, permitindo a utilização de antibióticos já existentes e testados. Utilizaremos métodos estruturais e biofísicos para avaliar a função das proteínas MsbA do grupo ESKAPE e explorar possibilidades de sua inibição por pequenas moléculas.Para o desenvolvimento do projeto, serão adotadas três etapas desenvolvidas em paralelo: (i) caracterização da estrutura e função das MsbAs; (ii) desenvolvimento de métodos e ensaios para avaliar as atividades de transporte frente a diferentes substratos e identificação de substratos; e (iii) estabelecer uma plataforma para descoberta de medicamentos guiada pelas estruturas de MsbAs e aplicar métodos baseados em fragmentos para revelar potenciais locais para inibição dessas enzimas. Com estas abordagens iniciaremos um programa novo e mais amplo que trará informações e conhecimentos para uma classe importante, mas pouco explorada, de alvos terapêuticos. Construiremos novas ferramentas para expressão heteróloga de proteínas, cristalografia de raios X e microscopia crio-eletrônica para análises estruturais. Métodos bioquímicos e biofísicos serão utilizados para avaliar a atividade de transporte e rastrear pequenas bibliotecas de moléculas contra os alvos. As estruturas em complexo com pequenas moléculas serão o gatilho para a otimização dessas moléculas para a subsequente campanha de descoberta de medicamentos guiada por estrutura para transformar os resultados em inibidores específicos de alta afinidade. (AU)