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Caracterização estrutural de enzimas envolvidas em vias de biossíntese de antibióticos com interesse biotecnológico

Processo: 10/15971-3
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Apoio a Jovens Pesquisadores
Vigência: 01 de setembro de 2011 - 31 de agosto de 2016
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Biofísica - Biofísica Molecular
Pesquisador responsável:Marcio Vinicius Bertacine Dias
Beneficiário:Marcio Vinicius Bertacine Dias
Instituição-sede: Instituto de Ciências Biomédicas (ICB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Auxílios(s) vinculado(s):14/50324-0 - Produção de antibióticos aminoglicosídeos menos tóxicos: estrutura, função e estudo de bioengenharia de enzimas biossintéticas chaves, AP.R
Bolsa(s) vinculada(s):14/24486-2 - Bases estruturais da Sensibilidade da Dihidropteroato Sintase de Mycobacterium tuberculosis e M. leprae as drogas Sulfonamidas, BP.MS
14/07843-6 - Análise estrutural de enzimas chaves para biossíntese de gentamicina e sisomicina, BP.DD
13/26242-0 - Planejamento de novos antibióticos baseado na técnica de 'fragment based drug discovery' (FBDD) a partir da inibição da biossíntese de vitaminas em Mycobacterium tuberculosis, BP.PD
+ mais bolsas vinculadas 14/08313-0 - Cristalização e determinação de estruturas cristalográficas de proteínas chaves na biossíntese de antibióticos glicopeptídicos, BP.TT
13/15906-5 - Aplicação da técnica "fragment based drug discovery" (FBDD) para duas enzimas da via de biossíntese de folato em Mycobacterium tuberculosis, BP.DR
13/17965-9 - Expressão, purificação e cristalização de enzimas chaves na biossíntese de gentamicina e sisomicina., BP.TT
13/08794-6 - Cristalização e determinação de estruturas cristalográficas de proteínas chaves na biossíntese de antibióticos glicopeptídicos, BP.TT
12/23427-7 - Análise estrutural de halogenases identificadas em clusters gênicos da biossíntese de antibióticos glicopeptídicos, BP.MS
12/16631-7 - Obtenção e cristalização de glicosiltransferases de interesse biotecnológico da biossíntese de antibióticos macrolídeos, BP.IC
11/13686-2 - Caracterização estrutural de enzimas envolvidas em vias de biossíntese de antibióticos com interesse biotecnológico, BP.JP - menos bolsas vinculadas
Assunto(s):Biotecnologia  Produtos naturais  Cristalografia  Antibióticos  Enzimas  Elementos estruturais de proteínas 

Resumo

A natureza produz um grande número de moléculas que apresentam aplicações clinicas, incluindo antibióticos, antitumorais e imunosupressivos. Esses compostos são produzidos principalmente por plantas, fungos e bactérias através de vias biossintéticas. Atualmente existe uma vasta literatura a respeito desses compostos, dos organismos que os produzem e das proteínas relacionadas com sua síntese. Esse conhecimento por sua vez, pode ser aplicado ao desenvolvimento de estratégias que permitem o desenvolvimento de ferramentas e abordagens para a produção de derivativos de produtos naturais com maior eficácia ou atividade farmacológica alterada. Entre as ferramentas e abordagens utilizadas, encontram se aqueles na qual se emprega biologia molecular para criar novas moléculas baseado na diversificação de grupos funcionais. Essas técnicas utilizam tanto a síntese de novos compostos in vivo como in vitro. Nas técnicas in vitro diferentes scaffoldings de antibióticos podem ser incubados com determinados grupos funcionais na presença de transferases. Mutação sítio dirigida ou a trocas de domínios funcionais com o objetivo de alterar ou relaxar a especificidade de transferases tem permitindo a incorporação de diferentes radicais. Entretanto, para a utilização destas técnicas, o conhecimento das estruturas tridimensionais é necessário e apenas um limitado número de estruturas é conhecido. As glicosiltransferases representam uma classe de enzimas na qual estas abordagens vêm sendo utilizadas com sucesso, principalmente aquelas envolvidas na biossíntese de antibióticos glicopeptídicos, aminoglicosídicos e macrolídicos. Outras classes de enzimas que essas técnicas têm sido aplicadas são as halogenases, devido à comprovação, que átomos, principalmente, o cloro altera em muitas ordens de grandeza as propriedades farmacológicas de determinados compostos. Porém, há somente um limitado número de estudos estruturais a respeito das halogenases. Desta forma, neste projeto, pretendemos elucidar as estruturas cristalográficas de diferente transferases e halogenases das vias biossintéticas de antibióticos glicopeptídicos, macrolídeos e aminoglicosídeos. As transferases alvo deste projeto são principalmente glicosiltransferases presentes nos clusters gênicos dos antibióticos macrolídeos e aminoglicosídeos, e halogenases presentes nos clusters gênicos dos antibióticos glicopeptídicos. Para isso, os genes referentes a estas enzimas serão clonados e expressos e seus produtos purificados, principalmente através de colunas de afinidade. Serão obtidos cristais para as proteínas e as estruturas cristalográficas serão determinadas. Pesquisadores da University of Cambridge estarão colaborando neste projeto. Eles ficarão responsáveis pelos estudos funcionais das enzimas a serem estudadas e também da aplicação de técnicas para obtenção de enzimas com especificidade relaxada para os substratos com o propósito de geração de moléculas com novas propriedades farmacológicas. (AU)

Publicações científicas (9)
(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)
RIBEIRO, JOAO A.; HAMMER, ALEXANDER; LIBREROS-ZUNIGA, GERARDO A.; CHAVEZ-PACHECO, SAIR M.; TYRAKIS, PETROS; DE OLIVEIRA, GABRIEL S.; KIRKMAN, TIMOTHY; EL BAKALI, JAMAL; ROCCO, SILVANA A.; SFORCA, MAURICIO L.; PARISE-FILHO, ROBERTO; COYNE, ANTHONY G.; BLUNDELL, TOM L.; ABELL, CHRIS; DIAS, MARCIO V. B. Using a Fragment-Based Approach to Identify Alternative Chemical Scaffolds Targeting Dihydrofolate Reductase from Mycobacterium tuberculosis. ACS INFECTIOUS DISEASES, v. 6, n. 8, p. 2192-2201, AUG 14 2020. Citações Web of Science: 0.
DE ARAUJO, NATALIA CERRONE; BURY, PRISCILA DOS SANTOS; TAVARES, MAURICIO TEMOTHEO; HUANG, FANGLU; PARISE-FILHO, ROBERTO; LEADLAY, PETER; BERTACINE DIAS, MARCIO VINICIUS. Crystal Structure of GenD2, an NAD-Dependent Oxidoreductase Involved in the Biosynthesis of Gentamicin. ACS Chemical Biology, v. 14, n. 5, p. 925-933, MAY 2019. Citações Web of Science: 0.
LIBREROS-ZUNIGA, GERARDO ANDRES; SILVA, CATHARINA DOS SANTOS; FERREIRA, RAFAELA SALGADO; BERTACINE DIAS, MARCIO VINICIUS. Structural Basis for the Interaction and Processing of beta-Lactam Antibiotics by L,D-Transpeptidase 3 (Ldt(Mt3)) from Mycobacterium tuberculosis. ACS INFECTIOUS DISEASES, v. 5, n. 2, p. 260-271, FEB 2019. Citações Web of Science: 1.
BERTACINE DIAS, MARCIO V.; SANTOS, JADEMILSON C.; LIBREROS-ZUNIGA, GERARDO A.; RIBEIRO, JOAO A.; CHAVEZ-PACHECO, SAIR M. Folate biosynthesis pathway: mechanisms and insights into drug design for infectious diseases. Future Medicinal Chemistry, v. 10, n. 8, p. 935-959, APR 2018. Citações Web of Science: 5.
BURY, PRISCILA DOS SANTOS; HUANG, FANGLU; LI, SICONG; SUN, YUHUI; LEADLAY, PETER F.; BERTACINE DIAS, MARCIO VINICIUS. Structural Basis of the Selectivity of GenN, an Aminoglycoside N-Methyltransferase Involved in Gentamicin Biosynthesis. ACS Chemical Biology, v. 12, n. 11, p. 2779-2787, NOV 2017. Citações Web of Science: 2.
WILSON, CAROLINA; DE OLIVEIRA, GABRIEL S.; ADRIANI, PATRICIA P.; CHAMBERGO, FELIPE S.; DIAS, MARCIO V. B. Structure of a soluble epoxide hydrolase identified in Trichoderma reesei. BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-PROTEINS AND PROTEOMICS, v. 1865, n. 8, p. 1039-1045, AUG 2017. Citações Web of Science: 3.
CARDOSO, TABATA P.; DE SA, LARISSA A.; BURY, PRISCILA DOS S.; CHAVEZ-PACHECO, SAIR M.; DIAS, MARCIO V. B. Cloning, expression, purification and biophysical analysis of two putative halogenases from the glycopeptide A47,934 gene cluster of Streptomyces toyocaensis. Protein Expression and Purification, v. 132, p. 9-18, APR 2017. Citações Web of Science: 0.
LUHAVAYA, HANNA; DIAS, MARCIO V. B.; WILLIAMS, SIMON R.; HONG, HUI; DE OLIVEIRA, LUCIANA G.; LEADLAY, PETER F. Enzymology of Pyran RingA Formation in Salinomycin Biosynthesis. ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION, v. 54, n. 46, p. 13622-13625, NOV 9 2015. Citações Web of Science: 18.
BERTACINE DIAS, MARCIO VINICIUS; TYRAKIS, PETROS; DOMINGUES, ROMENIA RAMOS; PAES LEME, ADRIANA FRANCO; BLUNDELL, TOM L. Mycobacterium tuberculosis Dihydrofolate Reductase Reveals Two Conformational States and a Possible Low Affinity Mechanism to Antifolate Drugs. Structure, v. 22, n. 1, p. 94-103, JAN 7 2014. Citações Web of Science: 13.

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