Expressão, purificação e cristalização de enzimas chaves na biossíntese de gentamicina e sisomicina

• Processo: 13/17965-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2013
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2014
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Enzimologia
• Pesquisador responsável: Marcio Vinicius Bertacine Dias
• Beneficiário: João Augusto Ribeiro
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 10/15971-3 - Caracterização estrutural de enzimas envolvidas em vias de biossíntese de antibióticos com interesse biotecnológico, AP.JP
• Assunto(s): Biotecnologia Antibióticos Gentamicinas Sisomicina Aminoglicosídeos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: aminiglicosídeos | aminociclitóis | biotecnologia | estrutura de proteína | Gentamicina | sisomicina | estrutura e função de enzimas

Resumo

Os aminoglicosídeos são moléculas que apresentam um núcleo central condensado com vários outros açúcares não usuais, como aminoaçúcares e deoxiaçúcares, que junto com os seus grupos funcionais são críticos para a sua atividade antibiótica, que está relacionada com a inibição da síntese protéica, devido a sua interação com a subunidade 30S do ribossomo bacteriano. Os antibióticos aminoglicosídeos são moléculas largamente utilizadas na medicina, apesar dos seus efeitos tóxicos, para o tratamento de doenças infecciosas, incluindo a tuberculose. Entretanto, devido ao uso indiscriminado, tem sido relado o surgimento de cepas resistentes, tanto para tuberculose, como para outras espécies de bactérias patogênicas. Da mesma forma que a maioria dos produtos naturais de origem microbiana, os aminoglicosídeos são produtos do metabolismo secundário de bactérias e os genes relacionados com sua biossíntese estão agrupados em cluster gênicos. Vários clusters gênicos para as rotas biossintéticas de aminoglicosídeos em diferentes organismos foram identificados e seqüenciados. Porém, muito pouco tem sido feito com relação às enzimas correspondentes, principalmente aquelas relacionadas com a biossíntese de gentamicina ou sisomicina. A gentamicina em particular é um importante antibiótico utilizado no tratamento de infecções gram-negativas do trato biliar, óssea articular, sistema nervoso central, septicemia entre outras. Porém, os aminoglicosídeos, incluindo a gentamicina e a sisomicina, são bastante tóxicos, apresentando efeitos nefrotóxicos e ototóxicos, o que limita o seu uso. Entretanto, através da biotecnologia aplicada à indústria farmacêutica é possível alterar os grupos funcionais de diferentes antibióticos com o objetivo de modificar suas propriedades medicinais. Assim ocorre a possibilidade de tornar antibióticos conhecidos menos tóxicos, aumentar seus efeitos terapêuticos, ou ainda superar mecanismos de resistência. Porém, para que isso aconteça, o entendimento e as estruturas cristalográficas das enzimas relacionadas com a biossíntese de diferentes antibióticos correlacionados são necessários. Com as estruturas cristalográficas é possível mapear o sítio ativo das enzimas e propor mutantes aumentando a promiscuidade para grupos homólogos ao substrato. Assim, devido a um crescente interesse por nosso grupo de pesquisa pela biossíntese de gentamicina e sisomicina, pretendemos estudar estruturalmente várias enzimas relacionadas com suas biossínteses. As enzimas a serem estudadas são principalmente aquelas que são únicas dessa classe de aminoglicosídeos, como algumas SAM-metiltrasferases, oxido-reductases e aminotransferases. Os estudos estruturais gerados poderão revelar informações cruciais para a aplicação de engenharia molecular para produção de derivados de aminoglicosídeos com menor toxidade para o tratamento de infecções. (AU)