Modelagem Molecular de Sistemas Macromoleculares de Interesse Biotecnológico

• Processo: 24/20300-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Munir Salomao Skaf
• Beneficiário: Wagner Augusto Müller
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais, AP.CEPID
• Assunto(s): Simulação de dinâmica molecular
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Computational Chemistry | Enzymatic Degradation | Extracellular Matrices | molecular dynamics | Química Teórica Computacional

Resumo

Neste projeto, propomos realizar estudos computacionais sobre a nanomorfologia das Matrizes Extracelulares (ECM), como as paredes celulares de plantas e biofilmes bacterianos, com o objetivo de fornecer insights sobre os mecanismos moleculares subjacentes à sua degradação catalisada por enzimas ativas em carboidratos. O projeto constitui uma extensão natural das pesquisas atuais que nosso grupo vem desenvolvendo dentro do Cepid CCES. Em primeiro lugar, espera-se que as principais famílias de enzimas ativas em polissacarídeos derivados de biomassa lignocelulósica (estudadas extensivamente no CCES) demonstrem atividade significativa contra os exopolissacarídeos (EPS) presentes em biofilmes, especialmente aqueles glicanos decorados encontrados em E. coli e outras matrizes extracelulares de biofilmes, que são conhecidos pela dificuldade de remoção de superfícies sólidas. No entanto, os mecanismos enzimáticos por trás da degradação dos biofilmes permanecem amplamente desconhecidos, tornando este um foco essencial da presente pesquisa proposta no CCES. Em segundo lugar, a nanoarquitetura molecular das ECM, com os biofilmes microbianos sendo um exemplo proeminente encontrado em diversos contextos biotecnológicos, permanece pouco explorada. Além disso, a celulose nanofibrilada, uma importante classe de matriz polimérica extracelular em biotecnologia, possui mecanismos moleculares de produção pouco compreendidos, especialmente em diferentes solventes. Aqui, propomos o uso de técnicas de modelagem molecular, incluindo simulações de dinâmica molecular clássica e híbrida quântico-clássica (MD e QM/MM), bem como teorias moleculares de solvatação baseadas em primeiros princípios, para elucidar as propriedades físico-químicas desses substratos de ECM em nível molecular e explorar meios de melhorar sua degradação via ataque enzimático. A análise detalhada das interações das enzimas com os substratos da matriz de biofilme pode levar a avanços relevantes, beneficiando a saúde pública, bem como os setores médico, alimentício e industrial.